高灵敏石墨烯触觉传感领域研究获进展

来源：中国科学院重庆绿色智能技术研究院

近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院与新加坡国立大学合作，研制了三维微纳共形石墨烯柔性力敏电极，并应用于高灵敏柔性压容式触觉传感，相关内容以Flexible, Tunable and Ultrasensitive Capacitive Pressure Sensor with Micro-Conformal Graphene Electrodes 为题发表在ACS Applied Materials & Interface 期刊上，并被选为封面论文进行报道（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11 (16), pp 14997–15006. DOI: 10.1021/acsami.9b02049）。

柔性触觉传感器为机器人提供感知外部力学环境的能力，是机器人实现智能化的必备条件。石墨烯新材料的发展，为下一代高灵敏柔性触觉技术的发展提供了新的解决路径。重庆研究院微纳中心一直致力于二维/三维石墨烯的可控制备技术及其应用研究，前期发展了三维微纳共形石墨烯直接生长与柔性转移技术（J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 12379~12384），三维共形石墨烯薄膜不仅具有高导电性，而且表现出高力学可靠性，是柔性电极的理想材料。近期，研究人员通过有限元仿真分析发现，微结构化共形石墨烯电极更易获得电容式力学传感器中的极板间距和等效介电常数变化。通过对三维共形石墨烯电极的特征尺寸的可控构筑，课题组实现了高灵敏（7.68kPa-1）、快响应（30ms）、低检测极限(1mgF)、低迟滞的柔性电容式触觉传感器，主要指标已超越了人类触觉感知水平。

该触觉传感器可以感知昆虫爬行过程中产生的细微压力变化，记录其步态信息。该传感器也可以实时监测脉搏波分析其脉象，或者通过力反馈辅助机械手实现对物体的智能抓取。与传统触觉传感器相比，该传感器具有灵敏度高、快响应、柔性、轻薄、可分布式贴附等特性，能够更好地与机器人的异形曲面进行贴合，赋予机器人以触觉功能，从而极大拓展机器人的智能化和应用领域。

上述工作得到科技部“863”计划、国家自然科学基金、中科院青促会会员项目、西部青年学者（A类）、重庆市自然科学基金等支持。

高灵敏石墨烯柔性触觉传感器发表于ACS Applied Materials & Interface (Cover)