激光诱导石墨烯(LIG)技术凭借其低成本、快速、图案化制备石墨烯的突出优势,近年来在柔性电子领域引发了广泛关注。然而,传统LIG基电极面临两大固有局限,严重制约了其在柔性压力传感器中的实际应用:
PI膜直写瓶颈——直接在聚酰亚胺(PI)薄膜上激光直写LIG,虽然工艺简便,但PI基底刚性大、不可拉伸,无法满足柔性传感对基底弹性和可形变性的需求;
弹性体转移损伤——将LIG从PI转移至弹性体(如PDMS、Ecoflex)虽可赋予柔性,但转移过程不可避免地破坏LIG的三维多孔结构,导致方阻剧烈漂移(高达67.65%的增加),严重影响压力传感器的性能稳定性和重复性。
如何在不破坏LIG三维多孔结构的前提下,实现LIG电极与柔性弹性体基底的无缝、稳定集成,是柔性LIG压力传感器迈向高性能、长寿命应用的关键挑战。
该研究提出了一种新型LIG电极原位制备工艺(in-situ fabrication process),从根本上解决了传统弹性体转移法的结构损伤和电阻漂移问题。
该策略的核心创新在于:在弹性体基底上原位诱导生成LIG,无需从PI转移,从而完整保留LIG的三维多孔网络结构。与弹性体转移法相比,原位制备的LIG电极展现出碾压级的结构稳定性和电学稳定性:
性能指标 |
原位制备LIG |
弹性体转移LIG |
制备后方阻增加 |
8.17% |
67.65% |
0–90°弯曲方阻变化 |
1.40% |
697.66% |
0–20%拉伸方阻变化 |
−0.99% |
1195.10% |
基于原位LIG电极的电容式压力传感器实现了0.8%的极低电容漂移(6000次循环)、20.33 ms / 16.95 ms的快速响应/恢复时间和13.55 Pa的超低检测下限,并成功应用于羽毛球和游泳精细技术动作的准确识别,展现了在人体运动检测领域的巨大应用潜力。
来源:传感器专家网
