柔性力學器件近些年來受到了學術界和產業界的廣泛關注。相比傳統硬質基底器件，柔性力學器件在不犧牲性能的基礎上，大大提升了器件的可變形性，從而使其能夠適應更為復雜的應用場景，尤其適合可穿戴應用。石墨烯材料自2004年被發現以來，被廣泛應用于柔性力學器件中，這得益于其獨特的電學、力學等特性，石墨烯力學器件具有很高的靈敏度。然而，現有石墨烯力學傳感器面臨諸多問題，存在制備工藝復雜、重復性與一致性較差、良品率低等缺點，距離實際應用仍有較大距離。

 

石墨烯紙基壓力傳感器結構示意圖。該器件能夠有效探測脈搏、呼吸等生理參數。

 

任天令教授團隊創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變為多層石墨烯紙。利用石墨烯紙層間的空氣通道以及紙材料獨特的微孔結構，使石墨烯紙在壓力作用下，阻值發生顯著變化，從而大幅度提高了對壓力的探測靈敏度。通過選取適當的石墨烯紙類型和紙的層數，還可以進一步提升壓力傳感器的靈敏度。該器件在可穿戴應用方面可以實現脈搏、呼吸以及多種運動狀態的精確檢測。此外，這一新型石墨烯紙基器件還具有環保、低成本、高柔性等突出優點。

 

近年來，任天令教授致力于研究突破傳統器件的局限性，為新一代微納電子器件技術奠定基礎，尤其關注石墨烯傳感器的基礎研究與應用探索，在新型石墨烯聲學器件和各類傳感器件方面獲得了多項重要創新成果，如柔性石墨烯發聲器件、智能石墨烯人工喉、新型石墨烯阻變存儲器、光譜可調的石墨烯發光器件、石墨烯仿生突觸器件、可調石墨烯應力傳感器等，相關成果發表在《自然·通訊》（Nature Communications）、《先進材料》（Advanced Materials）、《納米快訊》（Nano Letters）、《美國化學學會·納米》（ACS Nano）等知名學術期刊上。

 

清華大學微納電子系博士畢業生陶璐琪是文章第一作者，清華大學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。