石墨烯墨水最近吸引了人們對開發(fā)印刷耐磨和柔性電子器件和傳感器的關(guān)注，不僅因為它們的高導(dǎo)電性和低成本，還因為它們適合高速印刷。雖然可靠和可擴展的印刷技術(shù)已經(jīng)得到很好的確立，但石墨烯墨水在導(dǎo)電性、拉伸性/柔韌性和大規(guī)模生產(chǎn)方面的進一步改進對于實時監(jiān)控的傳感器來說是必要的。在本文中，通過高效且可擴展的流體動力學(xué)輔助的石墨剝離以及與彈性體Ecoflex的混合過程，制備了高度可拉伸且導(dǎo)電的石墨烯墨水。在將油墨印刷到紡織品基底上之后，即使在機械拉伸狀態(tài)(150%的應(yīng)變)下，蛇形圖案的導(dǎo)體也表現(xiàn)出高導(dǎo)電性和穩(wěn)定的電阻。在這個導(dǎo)電平臺上制作了檢測鈉離子的電化學(xué)傳感器。這些傳感器在不同的機械變形下表現(xiàn)出高電位傳感能力。為了證明所開發(fā)的傳感器的在體性能，在室內(nèi)靜止自行車運動期間，對人類受試者的汗液中的鈉離子濃度進行了實時監(jiān)測。
圖1. 使用流體輔助石墨剝離制備Eco-Gr油墨和基于絲網(wǎng)印刷Eco-Gr傳感器制造智能運動襪的示意圖，該傳感器具有Na
+選擇性傳感和Ag/AgCl參比電極的雙電極配置。
圖2.(a)SEM和(b)TEM圖片(c)高分辨率的TEM和SAED、(d)XRD圖案，(e)FT-IR光譜，以及(f)石墨和Gr的拉曼光譜。
圖3. (a)Eco-Gr薄膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(插圖:Eco Gr薄膜從0到105%拉伸時的照片圖像)。(b)照片圖像. (c)不同彎曲角度為0-180°的蛇形結(jié)構(gòu)導(dǎo)體的相對電阻變化。(d)蛇形結(jié)構(gòu)Eco-Gr導(dǎo)體在拉伸(150%的應(yīng)變)和釋放過程中的照片圖像。(e)具有0-170%不同應(yīng)變的線型Eco-Gr、蛇紋石結(jié)構(gòu)Eco石墨和蛇紋石結(jié)構(gòu)Eco-Gr導(dǎo)體的相對電阻變化。(f)采用5000次拉伸(150%的應(yīng)變)和釋放循環(huán)對蛇形結(jié)構(gòu)Eco-Gr導(dǎo)體進行疲勞試驗。
圖4. 生態(tài)傳感器的電化學(xué)傳感性能: (a)不同 NaCl 溶液的電磁響應(yīng)。(b)用于生態(tài)傳感器的 EMF log [ Na + ]的校正曲線(N = 5)。(c)截面探測范圍。(d)滴定循環(huán)在1,10
-1,10
-2和10
-3M NaCl 溶液中的重復(fù)性。(e) Eco-Gr 傳感器在10
-2M NaCl 溶液中的長期穩(wěn)定性。(f) Eco-Gr 傳感器的選擇性測試。
圖5. (a)照片圖像和(b)Eco-Gr傳感器在正常、扭曲、彎曲和拉伸狀態(tài)下的不同機械變形的EMF響應(yīng)。(c) EMF響應(yīng)和(d)Eco-Gr傳感器在0、500、1000、2500、5000和10，000次循環(huán)后拉伸和釋放過程后的靈敏度保持率。
圖6.(a)可穿戴的汗液傳感器的照片。(b)用 CHI760E 和 PCB 的電化學(xué)分析儀校準(zhǔn) Eco-Grsensors 的 EMF 響應(yīng)和校準(zhǔn)曲線。(c) EMF 響應(yīng)和(d)在室內(nèi)自行車運動中從受試者的汗液中獲得的可穿戴汗液傳感器襪子的 Na
+ 濃度。
相關(guān)科研成果由韓國地球科學(xué)與礦產(chǎn)資源研究所Jae-Min Jeong和江原大學(xué)Bong Gill Choi等人于2022年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.2c10638）上。原文：Highly Stretchable Sensor Based on Fluid Dynamics-Assisted Graphene Inks for Real-Time Monitoring of Sweat。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
