近年来，人们对集成电路、可穿戴设备、植入电子等柔性电子的需求不断增长，极大促进了柔性电子领域的发展。复杂环境下的多分析检测要求多维精准响应和信号顺畅传递，以保证识别分辨率和检测灵敏度。然而，如何解决多材料集成的界面融合问题和单材料的功能单一问题仍然是当前多分辨传感器领域的一个挑战性课题。近日，中国科学院化学所的宋延林研究员、李风煜副研究员课题组和沈阳建筑大学的马颖副教授课题组的研究人员受蜘蛛网中螺旋线和放射线微结构和独特组装方法的启发，研制出一种新型多分辨的石墨烯触觉传感器。
自然界中蜘蛛通过腺体将蛛丝蛋白转化为不同性能的蜘蛛丝。蜘蛛网主要由放射线和螺旋线组成，放射线为有序的层状结构，呈放射形直线向外伸展，提供结构支撑和传递振动信号。螺旋线为蓬松结构，从中心螺旋形伸展开用以捕捉猎物，两者紧密连接迅速将猎物信息传递给蜘蛛，实现信息传递的最大化。受蜘蛛网这种独特组装方法的启发，作者提出通过同一材料的不同结构构建电子器件。石墨烯具有高电子迁移率、高导热性、优异的机械性能等优点，一直备受关注。此外，石墨烯具有石墨烯纤维、石墨烯带、石墨烯薄膜、石墨烯纸和石墨烯气凝胶等多维组装形式来满足不同的需求。因此，石墨烯的不同结构成为构建不同微结构“丝”的最佳选择。
图1. 仿生蜘蛛网多分辨石墨烯触觉传感器。
宋延林团队以高灵敏的石墨烯气凝胶作为感应材料，以高导电性和高稳定性的石墨烯带作为传输材料，选用统计学上的主成分分析（PCA）、分层聚类分析（HCA）和线性判别分析（LDA）来评价石墨烯多结构传感器的空间分辨能力。结果表明，集成不同结构的设计可以实现方向、距离和位置的识别。为了进一步证明多结构石墨烯在柔性电子中的应用潜力，他们设计了紧密堆积结构石墨烯和多孔结构石墨烯集成的电子皮肤。机械手指可由相应的石墨烯气凝胶单独控制，用手指在石墨烯气凝胶上轻轻划过就可以操纵机械手指的弯曲和伸展，经测量最小力可达3.83×10-3 Pa。
图2. （a）多分辨率石墨烯触觉传感器的位点识别分析；（b）多结构集成石墨烯电子皮肤操控机械手。
这一成果近期发表在Chemical Conmmunications 上，文章的第一作者是沈阳建筑大学的硕士研究生刘璐和中国科学院化学研究所的博士黄羽。
该论文作者为：Lu Liu, Yu Huang, Fengyu Li, Ying Ma, Wenbo Li, Meng Su, Xin Qian, Wanjie Ren, Kanglai Tang, Yanlin Song
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Spider-web inspired multi-resolution graphene tactile sensor
Chem. Commun., 2018, 54, 4810, DOI:10.1039/C8CC02339E
宋延林研究员简介
宋延林，男，1969年3月生；1996年于北京大学化学系获博士学位，1996-1998年清华大学化学系博士后；现任中国科学院化学研究所研究员、博士生导师、中国科学院绿色印刷重点实验室主任，长江学者特聘教授，北京市纳米材料绿色打印印刷工程技术研究中心主任；中国材料研究学会理事，中国印刷技术协会、中国真空学会、中国计算机行业协会常务理事，中国感光学会、中国微米纳米技术学会理事，中国颗粒学会副理事长；中国印刷及设备器材工业协会印刷技术工作委员会副主任，国际电工协会印刷电子工作组专家，NPG Scientific Reports 等国际学术期刊编委；主要从事光电功能材料、纳米材料与绿色印刷技术研究；研究成果已发表SCI收录论文240余篇，引用10,000余次，并多次被美国化学会（ACS）、英国皇家化学会（RSC）、亚洲材料（Asia Materials）等作为研究亮点报道；主持和参加编写英文专著7部、中文专著1部；获授权发明专利80余项，美国、日本、欧盟、韩国等授权专利14项。获2008年和2005年国家自然科学二等奖、2016年北京市科学技术一等奖，2006年获国家杰出青年科学基金资助；获中国青年科技奖、首届中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖、中国科学院杰出青年、中国科协求是杰出青年成果转化奖、毕昇印刷优秀新人奖；入选首批科技北京领军人才、推动北京创造十大科技人物、科技部中青年科技创新领军人才（万人计划）、国家百千万人才工程及全国优秀科技工作者等。
http://www.x-mol.com/university/faculty/26752
李风煜副研究员简介
李风煜，2008年于中国科学院化学研究所获得博士学位，2008-2011年于美国Bowling Green State University从事博士后研究；2012年加入中国科学院化学研究所，任副研究员；主要从事高效复杂系统分析、聚合物光子晶体与纳米材料打印功能器件的研究。
马颖副教授简介
马颖，女，副教授，理学博士，1982年出生，籍贯辽宁营口，2010年博士毕业于中国科学院化学研究所，同年到沈阳建筑大学材料科学与工程学院任教；主要从事高密度信息存储材料、功能化石墨烯材料与器件的研究。
本文版权属于X-MOL（x-mol.com），未经许可谢绝转载！欢迎读者朋友们分享到朋友圈or微博！
长按下图识别图中二维码，轻松关注我们！
点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊
