1、技术领域概述

三维石墨烯整体材料因其丰富的网络结构和优良的导电性，在柔性电子学领域具有显著的应用潜能。基于三维石墨烯制备的压阻式触觉传感器，具有检测范围宽、功耗低、易于组装和信号读取等显著优点，在前沿应用中显示出巨大的潜力，如可穿戴电子皮肤和人机界面等。然而，由于石墨烯片间弱的键合作用导致其三维网络结构不稳定，从而影响其传感性能的发挥。改性三维石墨烯复合压阻材料，从组分调整、结构设计入手，在解决了结构稳定性问题的基础上，使其快速响应性、循环稳定性得到了进一步的提升。

2、取得的主要研究成果及形成的主要产品/技术

（1）聚酰亚胺增强的高性能石墨烯泡沫用于室温压阻传感器

通过真空固化法将聚酰亚胺（PI）层引入到预先制备的三维石墨烯（3DG）海绵中，获得了具有网状结构的3DG-PI复合泡沫。形貌表征和性能测试结果表明，复合泡沫具有稳定的三维网状结构，且表现出了优异的电导率（3.7 S/cm）, 较高的压缩强度（175 kPa），突出的塑性和灵活性，以及对电阻的快速响应性和稳定的压阻效应；即复合材料在小应变和低密度的作用下，其电阻变化显著，且在测试300次压缩-释放循环后，电阻的变化十分稳定。

（2）高弹性的导电氮掺杂石墨烯海绵用于人体运动检测

通过简单且低成本的水热反应和冷冻过程制备了氮掺杂石墨烯海绵（NGS）。通过结构表征和性能测试发现：该氮掺杂石墨烯海绵具有长范围内有序且均一的宏观孔结构，且表现出超低密度（<10 mg cm^-3），高的电导率（1.4 S m^-1），极好的可压缩恢复性（80%）和线性弹性区域（30% -40%），以及优异的传感性能，例如好的敏感系数（1.33 kPa^-1），低的检测限制（2%的应变），宽的线性传感范围（约20%应变），稳定的信号响应（3000次加载-卸载循环）和快的响应时间（72.4 ms）。

（3）三维石墨烯/碳纳米管复合压阻传感材料的制备及性能

利用KOH溶液作为碳纳米管（CNTs）分散剂，制备了高电导率、极低密度和超弹性的类似细胞的层状结构的石墨烯/碳纳米管（GCNT）气凝胶。GCNT气凝胶独特的结构，不仅赋予了它的超弹性(14.3 kPa)，而且还赋予了高电导率(2.4 S m^？1)。利用GCNT气凝胶的优良性能，组装的压力传感器具有极高的灵敏度(1.22 kPa^？1)、快速响应时间(28 Ms)和良好的循环稳定性，可作为实时监测人体各种运动的传感平台。

3、应用情况/应用前景

上述研究成果为应用于应力/应变传感或刺激响应性石墨烯体系提供了几种新型柔性压阻材料。三维石墨烯复合压阻材料，具有高灵敏度和耐久性，提供了理想的压缩变形，可以用来监测人体不同部位的生理活动。当手指弯曲至90°时，相对电阻变化率的值与时间成正比；该传感器还可以准确地检测人体的呼吸和脉搏。该系列压阻传感器有望在人机界面、柔性机器人和生物电子方面得到应用。

4、获奖/专利情况

碳纳米管增强三维石墨烯压阻传感材料研究方面，已经公开的申请发明专利“一种三维石墨烯/碳纳米管弹性体及其在柔性压阻式传感器中的应用，CN108760101A”。