北京石墨烯研究院王旭東研究員團隊在《《J. Mater. Sci. Mater. Electron.》期刊發(fā)表名為“Green preparation of graphene-based plantar pressure sensor”的論文，研究提出通過真空脫氣混合和絲網(wǎng)印刷展示了一種方便、綠色的石墨烯/PDMS薄膜壓力傳感器的大規(guī)模生產(chǎn)方法。
圖1.石墨烯-PDMS壓力傳感器陣列制備原理圖
圖2、a） 通過絲網(wǎng)印刷制作銀電極的圖片，b，c ）不同放大倍率下銀線的 SEM 圖像，d-f ）石墨烯/PDMS 傳感層的表征
圖3、垂直壓力為231kpa下石墨烯-PDMS壓力傳感器的性能比較
圖4、不同固化劑含量的PDMS交聯(lián)密度示意圖
石墨烯可以通過高速旋轉和旋轉均勻分散在PDMS中，無需傳統(tǒng)的機械攪拌和有機溶劑的幫助。通過絲網(wǎng)印刷對傳感層和導電層進行套印，加速了傳感器的組裝。通過優(yōu)化石墨烯、PDMS 和固化劑的比例來改變交聯(lián)和導電網(wǎng)絡，在寬壓力范圍 （3–400 kPa） 下實現(xiàn)了出色的傳感性能。此外，我們集成了25個傳感單元，形成用于可穿戴電子產(chǎn)品的智能鞋墊，這些鞋墊與外部藍牙模塊相結合，在腳跟站立，直接站立，腳掌站立和腳趾站立方面具有更高的識別精度。因此，石墨烯基壓力傳感器具有高效的制備工藝和卓越的傳感性能，在醫(yī)療保健應用中具有廣闊的前景。
圖5、石墨烯-PDMS壓力傳感器的性能表征
圖6、鞋墊壓力傳感器和25個集成傳感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的照片
圖7、右腳在整個步態(tài)周期中的足底壓力演示
綜上所述，北京石墨烯研究院王旭東團隊開發(fā)了綠色石墨烯基足底壓力傳感器，具有感應范圍寬、響應時間快、靈敏度高、佩戴舒適等優(yōu)點。真空脫氣混合和套印用于壓力傳感器的高效制造和組裝。傳感層可以直接配備柔性銀電極，無需額外的電極添加過程。此外，石墨烯含量（1.5wt%）接近滲透閾值，PDMS與固化劑的優(yōu)化比例為3：1。滲透理論與增強交聯(lián)網(wǎng)絡的結合提高了壓力傳感器的性能。方便的制備方法和材料體系可以擴展到其他可穿戴和醫(yī)療保健應用，為石墨烯基柔性和印刷電子的發(fā)展奠定了基礎。
