宋延林：仿生蜘蛛网多分辨石墨烯触觉传感器

tuxiayu

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。

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3.83×10-3Pa。

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

Spider-web inspired multi-resolution graphene tactile sensor

Chem. Commun., 2018, 54, 4810, DOI:10.1039/C8CC02339E