近日，清華大學(xué)朱宏偉教授團(tuán)隊和北京華大智寶電子系統(tǒng)有限公司合作開發(fā)出石墨烯溫度流量一體化傳感器件。他們針對熱力系統(tǒng)檢測用流量、溫度傳感器的應(yīng)用需求，通過對石墨烯傳感的作用與規(guī)律研究，突破石墨烯材料在熱量表流量計應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)熱力系統(tǒng)檢測用石墨烯流量、溫度傳感器件，解決了現(xiàn)有傳感器表面結(jié)垢、功耗高等問題，形成了批量制備能力，有望在熱力系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)模應(yīng)用。
該團(tuán)隊完成了石墨烯晶片形狀、尺寸、表/界面狀態(tài)對傳感性能調(diào)制研究，通過基于石墨稀材料的傳感工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計，開發(fā)了大量程、高精度的流量、溫度傳感器。流量傳感器元件測量范圍達(dá)到0.01~6m3/h，測量精度達(dá)到0.005m3/h；溫度傳感器元件測量范圍達(dá)到0~100℃，測量精度達(dá)到0.02℃。
在石墨烯流量、溫度傳感材料基礎(chǔ)上，同時開展了兩項拓展研究：1）提出了一種實現(xiàn)高靈敏柔性應(yīng)變傳感的新思路，通過石墨烯與超彈超薄高分子材料復(fù)合構(gòu)建了一類基于柔性傳感器原型器件，開發(fā)了面向可穿戴裝備的傳感器的制造方法和工藝，在應(yīng)變、壓阻、扭轉(zhuǎn)、揮發(fā)性有機(jī)物、聲波等幾個典型傳感應(yīng)用上進(jìn)行了探索，并可探測脈搏、語音等微弱生理信號，有望應(yīng)用于移動醫(yī)療、可穿戴式設(shè)備等領(lǐng)域；2）研究了水在石墨烯層片孔中的擴(kuò)散特性，開發(fā)了一種同位素標(biāo)記法，揭示了水分子在石墨烯中的擴(kuò)散系數(shù)比微孔濾膜中微米尺寸通道的擴(kuò)散系數(shù)高4~5個數(shù)量級，證明了水分子可超快速傳輸，為基于石墨烯的傳質(zhì)特性研究奠定了基礎(chǔ)，并在快速過濾與分離領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
相關(guān)研發(fā)成果已發(fā)表SCI收錄論文15篇，申請國家發(fā)明專利5項，獲授權(quán)實用新型專利1項。所制備的六種傳感器發(fā)表在ACSNano、Adv.Funct.Mater.、Small、NanoRes.、Appl.Phys.Lett.、Chem.Commun.等期刊上，并被學(xué)術(shù)媒體Nanowerk、Graphene-Info和MaterialsViewsWiley做為研究亮點報道，被評價為“…全新的傳感機(jī)制、石墨烯的高性能應(yīng)用…”，“石墨烯的機(jī)電效應(yīng)結(jié)合其它特性…促進(jìn)了在高靈敏傳感中的應(yīng)用，…這些傳感器的潛在用途包括柔性顯示、智能服裝、電子皮膚、體外診斷等，在可穿戴健康檢測類設(shè)備上有較大的應(yīng)用空間”。
