柔性力學(xué)器件近些年來受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。相比傳統(tǒng)硬質(zhì)基底器件，柔性力學(xué)器件在不犧牲性能的基礎(chǔ)上，大大提升了器件的可變形性，從而使其能夠適應(yīng)更為復(fù)雜的應(yīng)用場景，尤其適合可穿戴應(yīng)用。石墨烯材料自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，被廣泛應(yīng)用于柔性力學(xué)器件中，這得益于其獨特的電學(xué)、力學(xué)等特性，石墨烯力學(xué)器件具有很高的靈敏度。然而，現(xiàn)有石墨烯力學(xué)傳感器面臨諸多問題，存在制備工藝復(fù)雜、重復(fù)性與一致性較差、良品率低等缺點，距離實際應(yīng)用仍有較大距離。

關(guān)于石墨烯的介紹：

石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。石墨烯既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%。

它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的貓。石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機(jī)。用石墨烯取代硅，計算機(jī)處理器的運行速度將會快數(shù)百倍。另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。

作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱為"黑金"，是"新材料之王"，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將"徹底改變21世紀(jì)"。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

中國電信在廣州舉辦的2016天翼智能終端交易博覽會上，羅馬仕展出了一款石墨烯充電寶，10分鐘可充滿6000mAh，號稱要“開辟能源存儲新紀(jì)元”。

石墨烯紙基壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，該器件能夠有效探測脈搏、呼吸等生理參數(shù)

任天令教授團(tuán)隊創(chuàng)新性地提出了石墨烯紙基壓力傳感器的新方法，可通過熱還原手段，將多層混合的氧化石墨烯溶液與紙材料轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬邮┘?。利用石墨烯紙層間的空氣通道以及紙材料獨特的微孔結(jié)構(gòu)，使石墨烯紙在壓力作用下，阻值發(fā)生顯著變化，從而大幅度提高了對壓力的探測靈敏度。通過選取適當(dāng)?shù)氖┘堫愋秃图埖膶訑?shù)，還可以進(jìn)一步提升壓力傳感器的靈敏度。該器件在可穿戴應(yīng)用方面可以實現(xiàn)脈搏、呼吸以及多種運動狀態(tài)的精確檢測。此外，這一新型石墨烯紙基器件還具有環(huán)保、低成本、高柔性等突出優(yōu)點。

近年來，任天令教授致力于研究突破傳統(tǒng)器件的局限性，為新一代微納電子器件技術(shù)奠定基礎(chǔ)，尤其關(guān)注石墨烯傳感器的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用探索，在新型石墨烯聲學(xué)器件和各類傳感器件方面獲得了多項重要創(chuàng)新成果，如柔性石墨烯發(fā)聲器件、智能石墨烯人工喉、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)力傳感器等，相關(guān)成果發(fā)表在《自然·通訊》(NatureCommunications)、《先進(jìn)材料》(AdvancedMaterials)、《納米快訊》(NanoLetters)、《美國化學(xué)學(xué)會·納米》(ACSNano)等知名學(xué)術(shù)期刊上。

清華大學(xué)微納電子系博士畢業(yè)生陶璐琪是文章第一作者，清華大學(xué)微納電子系任天令教授和楊軼副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。

整理：ChemicalBook中文編輯部

編輯人員：娜米