該器件實現(xiàn)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,，未來在運動監(jiān)測、睡眠監(jiān)測,、生物醫(yī)療等方面具有重大應用前景,。

近日，清華大學微納電子系任天令教授團隊在納米領域著名期刊《美國化學學會納米》（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,。該器件全球首次實現(xiàn)了可定制的石墨烯電子紋身,，這種電子皮膚具有極高的靈敏度，可直接貼附于皮膚或其他襯底上,，用于探測人的呼吸,、心率、發(fā)聲等,，未來有望在運動,、生物醫(yī)療等領域“大展拳腳”。

圖1 貼覆于人體與物體表面的定制化石墨烯紋身

制作電子皮膚要求器件擁有良好的柔韌性,、高靈敏度,、貼合度和舒適度。石墨烯天生擁有出色的導電性和柔韌性,，是制造電子皮膚的理想材料,。任天令表示：“但將石墨烯更美觀、穩(wěn)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需要解決的關鍵問題?！睘榇?，他們基于激光還原石墨烯,，將石墨烯與紋身結合，讓其模仿電子皮膚的功能,，通過電阻變化對皮膚表面的微小形變等進行監(jiān)測,。

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,。可以通過電阻變化對皮膚表面的微小形變進行監(jiān)測,。在圖形化的過程中,，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，靈敏度更高,，耐受更高的溫度,。該項技術采用水轉工藝，襯底超薄,，沒有穿戴不適感,。此外，由于激光直寫可編程的優(yōu)勢,，石墨烯的圖案可以進行個性化設計,。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,，例如樹葉,，絲綢等等。通過貼附在口罩,、手腕,、喉嚨、人中等多個位置分別實現(xiàn)對呼吸,，心跳,，語音等人體信號的測量。測試者佩戴時并不會影響正?；顒?。器件在睡眠呼吸、語音等多方面的應用潛力,，未來如果普及可以讓人們隨時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信號

通過對于激光直寫石墨烯圍觀紋路的觀察與分析，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程,。近年來,，任天令教授致力于石墨烯器件的基礎研究和實用化應用的探索，尤其關注研究突破傳統(tǒng)器件限制的新型微納電子器件,，在新型石墨烯聲學器件和各類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(diào)的石墨烯發(fā)光器件、石墨烯仿生突觸器件,、可調(diào)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成果,，有多篇論文發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications)《先進材料》(Advanced Materials)《納米快報》(Nano Letters)《美國化學學會納米》(ACS Nano)等國際著名期刊,。

清華大學微納電子系博士生喬彥聰?shù)葹槲恼碌墓餐谝蛔髡撸⒓{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項目和科技部項目的支持,。

（綜合整理自：科技日報、微迷）論文鏈接：pubs.acs.or