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Highly Ordered 3D Porous Graphene Sponge for Wearable Piezoresistive Pressure Sensor Applications

材料科学 标度系数 压阻效应 压力传感器 石墨烯 电子皮肤 灵活性(工程) 弯曲 灵敏度(控制系统) 光电子学 可穿戴计算机 电极 可穿戴技术 生物医学工程 纳米技术 复合材料 制作 电子工程 计算机科学 机械工程 嵌入式系统 工程类 物理化学 病理 化学 数学 替代医学 统计 医学
作者
Tao Wang,Jinhui Li,Yu Zhang,Feng Liu,Bo Zhang,Ying Wang,Run Jiang,Guoping Zhang,Rong Sun,Ching‐Ping Wong
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:25 (25): 6378-6384 被引量:47
标识
DOI:10.1002/chem.201900014
摘要

Abstract Wearable sensors with excellent flexibility and sensitivity have emerged as a promising field for healthcare, electronic skin, and so forth. Three‐dimensional (3D) graphene sponges (GS) have emerged as high‐performance piezoresistive sensors; however, problems, such as limited flexibility, high cost, and low sensitivity, remain. Meanwhile, device‐level wearable pressure sensors with GS have rarely been demonstrated. In this work, highly ordered 3D porous graphene sponges (OPGSs) were first successfully prepared and controlled through an emulsion method, and then a device‐level wearable pressure sensor with high flexibility and sensitivity was assembled with a gold electrode and polydimethylsiloxane into a reliable package. The pH values were carefully controlled to form a stable emulsion and the OPGSs showed a highly ordered 3D structure with ultralow density, high porosity, and conductivity; this resulted in a gauge factor of 0.79–1.46, with 50 % compression strain and excellent long‐term reproducibility over 500 cycles of compression–relaxation. Moreover, the well‐packaged pressure sensor devices exhibited ultrahigh sensitivity to detect human motions, such as wrist bending, elbow bending, finger bending, and palm flexing. Thus, the developed pressure sensors exhibited great potential in the fields of human‐interactive applications, biomechanical systems, electronic skin, and so forth.
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