7月15日,，清華大學(xué)微電子所任天令教授團隊在納米領(lǐng)域重要期刊《美國化學(xué)學(xué)會納米》（ACS Nano）上發(fā)表了題為“正電阻特性的類三極管石墨烯壓力傳感器”（Triode-Mimicking Graphene Pressure Sensor with Positive Resistance Variation for Physiology and Motion Monitoring）的研究論文,。

　　該器件實現(xiàn)了可定制的石墨烯壓力傳感器,，具有極高的靈敏度和較大的量程，可以直接貼覆在皮膚上用于探測呼吸,、脈搏等多重功能,，并實現(xiàn)了人體多部位血壓值和波形采集,、足底壓力和步態(tài)監(jiān)測,，未來在運動監(jiān)測、智慧醫(yī)療等方面具有重大應(yīng)用前景,。

　　石墨烯柔性壓力傳感器

　　壓力傳感器是一種重要的信號采集器件,，要求器件同時兼顧較高的靈敏度和較大的量程，同時為了用于人體信號采集,，還應(yīng)具備良好的柔性,、貼合度和耐用性。傳統(tǒng)的壓力傳感器在受到外界壓力時,，電阻值減小,，呈現(xiàn)一種負(fù)電阻變化，這使得量程和靈敏度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系相互制約,，從而使得性能難以提高,。

　　任天令團隊基于激光還原石墨烯，將石墨烯與硅橡膠柔性基底相結(jié)合，制備了類三極管結(jié)構(gòu)的石墨烯壓力傳感器,，在整個量程區(qū)間內(nèi),，傳感器的靈敏度也隨著壓力增大而提高呈現(xiàn)指數(shù)變化趨勢。將壓力傳感器受力端看做基極,，模仿調(diào)節(jié)晶體管靜態(tài)工作點的方式,，通過調(diào)節(jié)力學(xué)靜態(tài)偏置實現(xiàn)微小力學(xué)信號測量與放大。

　　由于傳感器核心采用了激光還原的多層石墨烯,，在宏觀結(jié)構(gòu)上可被視為二維材料,，器件總體呈現(xiàn)出正電阻變化的特性。同時還探究了圖案,、掃描角度等多種方法來增強和定制器件,。除了貼附在手腕監(jiān)測脈搏、貼附在胸口監(jiān)測呼吸信號外,，還能夠在人體多處分別測量和還原血壓值和波形,。傳感器的大量程還可以被運用于足底壓力測量和步態(tài)監(jiān)測，并組建了一個實時步態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),。

　　石墨烯壓力傳感器實現(xiàn)人體多部位血壓測量以及步態(tài)監(jiān)測系

　　近年來,，任天令致力于石墨烯器件的基礎(chǔ)研究和實用化應(yīng)用的探索，尤其關(guān)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(xué)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(yīng)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)成果曾多次發(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(xué)學(xué)會納米》（ACS Nano）、國際電子器件大會（IEDM）等,。

　　清華大學(xué)微納電子系碩士生吳祺和博士生喬彥聰是文章的共同第一作者,，清華大學(xué)微電子所任天令教授是論文的通訊作者，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,。

　　論文鏈接：

　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03294

　　來源：清華大學(xué)