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注，不僅因為它們的高導電性和低成本，還因為它們適合高速印刷。雖然可靠和可擴展的印刷技術已經得到很好的確立，但石墨烯墨水在導電性、拉伸性/柔韌性和大規(guī)模生產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%的應變)下，蛇形圖案的導體也表現(xiàn)出高導電性和穩(wěn)定的電阻。在這個導電平臺上制作了檢測鈉離子的電化學傳感器。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薄膜的應力-應變曲線(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°的蛇形結構導體的相對電阻變化。(d)蛇形結構Eco-Gr導體在拉伸(150%的應變)和釋放過程中的照片圖像。(e)具有0-170%不同應變的線型Eco-Gr、蛇紋石結構Eco石墨和蛇紋石結構Eco-Gr導體的相對電阻變化。(f)采用5000次拉伸(150%的應變)和釋放循環(huán)對蛇形結構Eco-Gr導體進行疲勞試驗。
圖4. 生態(tài)傳感器的電化學傳感性能: (a)不同 NaCl 溶液的電磁響應。(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。(c) EMF響應和(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 的電化學分析儀校準 Eco-Grsensors 的 EMF 響應和校準曲線。(c) EMF 響應和(d)在室內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。
相關科研成果由韓國地球科學與礦產資源研究所Jae-Min Jeong和江原大學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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
