山西大学陈旭远王梅团队《ACS AMI》：基于三维竖直石墨烯的超低检测限应变传感器

山西大学陈旭远/王梅团队在《ACS AMI》发表了关于基于三维竖直石墨烯的超低检测限应变传感器的研究成果，该传感器在0 - 4%的总应变范围内实现了低至0.1‰的应变精确响应，具有极高分辨率。 以下是对该研究的详细介绍：研究背景微应变传感器在微型机器人、智能人机交互、健康监测和医疗康复等领域前景广阔。高分辨率柔性应变传感器可提升柔性可穿戴电子设备的探测灵敏度并保证亲肤性。目前，碳纳米管、银纳米线、MXene等活性材料在柔性传感器中应用效果良好，但极高分辨率的柔性应变传感器仍是研究挑战。研究内容传感器制备以铜网为模板，利用等离子化学增强气相沉积法在铜网上生长三维竖直石墨烯（VG）。利用化学刻蚀去除铜网后获得中空网状VGCM结构。这种网状结构使拉伸应力集中，增强了应变过程中的电阻变化，实现了对低至0.1‰的微小应变的高分辨响应。应力分布模拟有限元模拟展示了VGCM在拉伸过程中的应力分布。结果显示VGCM的中空管道结构使得应力集中分布在管状VGCM的顶端和底部。同时，三维石墨烯竖直结构也会导致应力在竖直结构之间形成集中。实验验证与传感原理实验验证了在拉伸情况下，应力集中产生裂纹且主要分布在中空管道顶端和底部。裂纹的产生加速了电阻的增加，从而提高了VGCM的灵敏度和分辨率，与模拟结果完全吻合。VGCM传感器利用了三维石墨烯的微观结构和网状的宏观结构的协同作用，使得应力集中，增大了电阻在拉伸过程中的变化，赋予了VGCM传感器卓越的分辨率和良好的应用前景。研究成果山西大学激光光谱研究所陈旭远教授和王梅教授等人在《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表文章《Vertical Graphene Canal Mesh for Strain Sensing with a Supereminent Resolution》，报导了基于三维竖直石墨烯的超低检测限应变传感器。该传感器在0 - 4%的总应变范围内实现了低至0.1‰的应变精确响应，获得了极高的分辨率。通过实验验证及理论模拟揭示了VG在应变过程中微裂纹的演化规律和电阻变化机理。研究团队与资助研究团队：山西大学激光光谱研究所马一飞副教授/黎子健博士为该论文共同第一作者，王梅教授为通讯作者，陈旭远教授也参与了研究。资助项目：该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、山西省重点研发计划项目、山西省高等学校科技创新计划项目、山西省留学基金项目、“111”计划、山西省“1331工程”等经费支持。原文信息论文题目：Vertical Graphene Canal Mesh for Strain Sensing with a Supereminent Resolution发表期刊：ACS Applied Materials & Interfaces发表时间：2022年DOI：10.1021/acsami.2c07658原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c07658