宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学学院(ESM) Dorothy Quiggle职业发展教授Huanyu“Larry”Cheng领导了这项合作，该合作最近发表了两项研究，可以为未来运动检测、触觉感知和健康的研究和发展提供信息监控设备。
有几种物质可以通过激光辐射转化为碳来生成石墨烯。被称为激光石墨烯(LIG)，得到的产品可以具有由原始材料决定的特定性能。
对聚酰亚胺(塑料的一种)样品进行激光扫描。研究人员改变了扫描功率、扫描速度、通道数量和扫描线密度。Cheng说:“我们想看看激光加工过程的不同参数是如何产生不同的纳米结构的。”“通过改变功率，我们可以在纤维或泡沫结构中创造LIG。”
研究人员发现，较低的功率水平(从7.2瓦到大约9瓦)会导致含有许多超细层的多孔泡沫的形成。这种LIG泡沫具有导电性和良好的耐热性，这两种特性在电子设备的组件中都很有用。
将功率从大约9瓦增加到12.6瓦，LIG的形成模式从泡沫变成了小纤维束。随着激光功率的增加，这些束的直径增大，而更高的功率促进了光纤网络的网状生长。纤维结构的导电性优于泡沫结构。Cheng表示，这种性能的提高与光纤的形式结合在一起，可能会为传感设备带来可能性。
“总的来说，这是一个导电框架，我们可以用来构建其他组件，”程说。“只要纤维是导电的，我们就可以用它作为支架，然后在表面做很多后续的修改，使许多传感器比如皮肤上的葡萄糖传感器或伤口感染检测器。”
不同功率下激光扫描速度、密度和通道对LIG的电导率和后续性能也有影响。更多的激光照射导致更高的电导率，但最终下降由于过度碳化燃烧。
广告
广告
演示一种低成本LIG传感器
以之前的研究为基础，Cheng和他的团队开始设计、制造和测试一个柔性LIG压力传感器。“压力传感器非常重要，”程说。“我们不仅可以在家庭和制造业中使用它们，还可以在皮肤表面测量来自人体的许多信号，比如脉搏。它们还可以用于人机界面，以提高假肢的性能或监测它们的附着点。”
该团队测试了两种设计。对于第一种方法，他们在两个含有铜电极的聚酰亚胺层之间夹一层薄薄的LIG泡沫层。当施加压力时，LIG就会发电。泡沫中的空隙减少了电流流动的路径，使其更容易定位压力源，并似乎提高了对微妙触摸的敏感性。
第一个设计，当连接到手背或手指，检测手的弯曲和伸展运动，以及典型的叩诊，潮汐和心跳的舒张波。据程教授介绍，这种脉搏读数可以与心电图读数相结合，在没有袖套的情况下测量血压。
在第二个设计中，研究人员将纳米粒子进入LIG泡沫。这些微小的二硫化钼球是一种半导体，可以作为导体和绝缘体，增强了泡沫的敏感性和抗物理力。这种设计也可以重复使用，在将近10,000次使用前后表现出几乎相同的性能。
Cheng表示，这两种设计都具有成本效益，且数据采集简单。
研究人员计划继续探索将这些设计作为独立的健康监测设备或与其他现有设备配合使用的设计。
研究结果发表在中国科技科学．
来源:宾夕法尼亚州立大学
