中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
清華新聞網(wǎng)7月31日電 7月24日微納電子系任天令教授團隊在納米領(lǐng)域著(zhù)名期刊《美國化學(xué)學(xué)會(huì )納米》（ACS Nano）上發(fā)表了題為《多層石墨烯表皮電子皮膚》(“Multilayer Graphene Epidermal Electronic Skin”)的研究論文。該器件實(shí)現了可定制的石墨烯電子紋身，具有極高的靈敏度，可以直接貼覆在皮膚上用于探測呼吸、心率、發(fā)聲等多重功能，未來(lái)在運動(dòng)監測、睡眠監測、生物醫療等方面具有重大應用前景。
圖1. 貼覆于人體與物體表面的定制化石墨烯紋身
電子皮膚是一種重要的生物醫學(xué)傳感器，要求器件擁有好的柔韌性和可伸縮性、高靈敏度、好的貼合度和舒適度。石墨烯由于其出色的導電性和柔韌性，是電子皮膚的理想材料。但是將石墨烯更加舒適、美觀(guān)、穩定、可靠地貼合在皮膚表面，從而采集各種生理信號仍然是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
任天令教授團隊基于激光還原石墨烯，將石墨烯與紋身相結合，模仿了電子皮膚的功能?？梢酝ㄟ^(guò)電阻變化對皮膚表面的微小形變進(jìn)行監測。在圖形化的過(guò)程中，團隊在國際上首創(chuàng )了濕法剝離氧化石墨烯的新工藝，去除石墨烯氧化物，只留存石墨烯，使得器件更加美觀(guān)，靈敏度更高，耐受更高的溫度。該項技術(shù)采用水轉工藝，襯底超薄，沒(méi)有穿戴不適感。此外，由于激光直寫(xiě)可編程的優(yōu)勢，石墨烯的圖案可以進(jìn)行個(gè)性化設計。除了測量皮膚表面的拉伸與壓縮，這種石墨烯的紋身還可以利用犧牲層工藝轉移到多種襯底上，例如樹(shù)葉，絲綢等等。通過(guò)貼附在口罩、手腕、喉嚨、人中等多個(gè)位置分別實(shí)現對呼吸，心跳，語(yǔ)音等人體信號的測量。測試者佩戴時(shí)并不會(huì )影響正?；顒?dòng)。器件在睡眠呼吸、語(yǔ)音等多方面的應用潛力，未來(lái)如果普及可以讓人們隨時(shí)隨地了解自己身體狀況。
圖2. 剝離工藝可以大幅度提高傳感器靈敏度以便于測量各種生理學(xué)信號
通過(guò)對于激光直寫(xiě)石墨烯圍觀(guān)紋路的觀(guān)察與分析，任天令教授團隊建立了以石墨烯條帶為基元的裂痕理論模型，較好地模擬了應力引起的阻值變化過(guò)程。近年來(lái)，任天令教授致力于石墨烯器件的基礎研究和實(shí)用化應用的探索，尤其關(guān)注研究突破傳統器件限制的新型微納電子器件，在新型石墨烯聲學(xué)器件和各類(lèi)傳感器件方面已獲得了多項創(chuàng )新成果，如柔性石墨烯發(fā)聲器件、新型石墨烯阻變存儲器、光譜可調的石墨烯發(fā)光器件、石墨烯仿生突觸器件、可調石墨烯應力傳感器、仿生石墨烯壓力傳感器、極低功耗石墨烯鈣鈦礦阻變存儲器等相關(guān)成果，有多篇論文發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications)《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)《納米快報》(Nano Letters)《美國化學(xué)學(xué)會(huì )納米》(ACS Nano)等國際著(zhù)名期刊。
微納電子系博士生喬彥聰等為文章的共同第一作者，微納電子系任天令教授及其團隊教師是論文的通訊作者，該研究成果得到了國家自然基金重點(diǎn)項目和科技部項目的支持。
論文鏈接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b02162
