[發(fā)明專利]一種柔性三維石墨烯氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用、柔性三維石墨烯基壓阻式傳感器及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110256450.7
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113184832B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王金清;陳天弟;楊生榮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/194;C01B32/198;G01L1/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王術(shù)娜

本發(fā)明提供了一種柔性三維石墨烯氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用、柔性三維石墨烯基壓阻式傳感器及其應(yīng)用，屬于柔性電子器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明制備的柔性三維石墨烯氣凝膠的高度為厘米級且其中的石墨烯片長程有序排列，突破了石墨烯活性材料有序性差和難以獲得超低檢出限的難題。利用本發(fā)明制備的柔性三維石墨烯氣凝膠所構(gòu)建的壓阻式傳感器具有很寬的工作范圍、高靈敏度和超低的檢測極限，能夠檢測到指尖脈搏，并且檢測結(jié)果與橈動脈檢測結(jié)果相一致，該傳感器為醫(yī)學(xué)指尖脈搏檢測提供一種新的檢測手段，有望解決醫(yī)學(xué)中指尖脈搏微弱難以檢測的難題。因此，本發(fā)明的柔性三維石墨烯基壓阻式傳感器具有很好的壓阻性能和實用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種柔性三維石墨烯氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用、柔性三維石墨烯基壓阻式傳感器及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

基于柔性壓阻式傳感器的類電子皮膚是下一代可穿戴電子設(shè)備最重要的組成部分。其中，新型三維石墨烯基壓阻式傳感器，因具有高彈性、良好的柔韌性和輕質(zhì)便攜帶等諸多優(yōu)點，使其在醫(yī)療診斷、健康管理以及可穿戴電子皮膚等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。而脈搏是一種重要的生物學(xué)信號，可反映多種與心血管疾病相關(guān)的人體生理和病理信息。脈搏的檢測通常采用傳統(tǒng)的中醫(yī)方法或者柔性壓力傳感器，其一因為指尖脈搏太微弱，不能被大多數(shù)傳感器所檢測到；再者，三維石墨烯因增強劑或還原劑會導(dǎo)致界面剛性的問題，導(dǎo)致最低檢出限受到限制，而最低檢出限反映了傳感器的靈敏度，該值越低，對信號的感應(yīng)則越有利。因此，得到高靈敏度和低檢出限的壓阻式傳感器檢測指尖脈搏仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

目前所報道的基于三維石墨烯壓阻式傳感器因靈敏度和最低檢測限的限制，致使其只能檢測一些較強信號的脈搏，比如橈動脈和頸動脈(Toan Dinh et al,Stretchablerespiration sensors:Advanced designs and multifunct ional platforms forwearable physiological monitoring[J].Biosensors and Bi oelectronics,2020,11,2460.Ruzhan Qin,Wei Huang et al,A highly sensi tive piezoresistive sensorbased on MXenes and polyvinyl butyral with a w ide detection limit and lowpower consumption[J].Nanoscale,2020,12,177 15-17724.)，而無法實現(xiàn)對于微弱的指尖脈搏的檢測。

由此可見，現(xiàn)存的方法和技術(shù)存在著無法提高基于三維石墨烯的壓阻式傳感器的靈敏度從而未能檢測到指尖脈搏信號的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種柔性三維石墨烯氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用、柔性三維石墨烯基壓阻式傳感器及其應(yīng)用，所制備的柔性三維石墨烯氣凝膠構(gòu)建的壓阻式傳感器具有高靈敏度和超低的檢測極限，能夠檢測到指尖脈搏，有望解決醫(yī)學(xué)中指尖脈搏微弱導(dǎo)致難以檢測的難題。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種柔性三維石墨烯氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

將氧化石墨烯液晶與陰離子表面活性劑溶液混合，進行重構(gòu)，得到重構(gòu)氧化石墨烯溶液；

將所述重構(gòu)氧化石墨烯溶液進行水熱自組裝，得到氧化石墨烯水凝膠；

將所述氧化石墨烯水凝膠進行真空冷凍干燥，得到柔性三維石墨烯氣凝膠。

優(yōu)選的，所述氧化石墨烯液晶的溶劑為超純水，所述氧化石墨烯液晶的濃度為1～10mg/mL。

優(yōu)選的，所述陰離子表面活性劑溶液中的陰離子表面活性劑包括羧酸鹽表面活性劑、磺酸鹽表面活性劑、硫酸酯鹽表面活性劑和磷酸酯鹽表面活性劑中的一種或多種，所述陰離子表面活性劑溶液的濃度為0.1～1.0mol/L；