Cảm biến biến dạng đắp graphene oxide giảm với vải bông carbon hóa cho thiết bị đeo có giới hạn phát hiện cực thấp

Journal of Materials Science: Materials in Electronics - Tập 31 - Trang 17233-17248 - 2020
QingQing Liu1,2, Yue Zhang1,2, Ang Li1,2, Erhui Ren1,2, Ce Cui1,2, Mi Zhou1,2, Ronghui Guo1,2, Hongyan Xiao1,2, Shouxiang Jiang3, Wenfeng Qin4
1College of Biomass Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu, China
2National Engineering Laboratory Clean Technology Leather Manufacture, Sichuan University, Chengdu, China
3Institute of Textiles and Clothing, The Hong Kong Polytechnic University, Kowloon, China
4Aviation Engineering Institute, Civil Aviation Flight University of China, Guanghan, China

Tóm tắt

Sự phát triển mạnh mẽ của cảm biến biến dạng thúc đẩy sự tái sinh của điện tử đeo. Tuy nhiên, các cảm biến biến dạng có cả phạm vi làm việc lớn và độ nhạy tuyệt vời vẫn chưa đạt yêu cầu. Tính mềm mại và tính thực tiễn cũng là những yếu tố rất quan trọng đối với điện tử đeo. Trong nghiên cứu này, một cảm biến biến dạng mềm dẻo dựa trên vải bông carbon hóa được phủ bởi graphene oxide giảm (rGO) thông qua quá trình biến đổi polydopamine (rGO/PDA/CCF) đã được chế tạo, cho thấy hiệu suất cơ điện đáng chú ý bao gồm phạm vi làm việc lớn và độ nhạy tuyệt vời. rGO/PDA/CCF đã được đặc trưng hóa bằng quang học điện tử quét (SEM), phổ tán xạ Raman và các mẫu nhiễu xạ tia X (XRD). Hiệu suất cơ điện của cảm biến biến dạng rGO/PDA/CCF đã được đánh giá. Các cảm biến biến dạng rGO/PDA/CCF thể hiện phạm vi biến dạng làm việc lớn (0–120%) và độ nhạy tuyệt vời với độ bền cao qua 800 vòng sử dụng. Cảm biến biến dạng rGO/PDA/CCF có giới hạn phát hiện thấp xuống tới 0,01% với hệ số đo tốt (GF) là 132 trong phạm vi biến dạng 0–1%, và cũng thể hiện đặc tính tuyệt vời về độ nhạy trong các phạm vi làm việc khác (GF là 26 và 8 trong phạm vi biến dạng 1–30% và 30–60%, tương ứng). Cảm biến biến dạng rGO/PDA/CCF sau đó đã được áp dụng để theo dõi tín hiệu chuyển động của con người trong thời gian thực. Cảm biến biến dạng rGO/PDA/CCF mềm dẻo có thể được sử dụng để phát hiện hầu hết mọi chuyển động của con người với nhiều kích thước khác nhau. Thêm vào đó, tính kỵ nước và độ ổn định ở các nhiệt độ khác nhau mang lại cho cảm biến biến dạng rGO/PDA/CCF hiệu suất cao trong nhiều ứng dụng, cho thấy tiềm năng cho ứng dụng trong việc theo dõi sức khỏe và điện tử đeo.

Từ khóa

#cảm biến biến dạng #graphene oxide giảm #vải bông carbon hóa #thiết bị đeo #polydopamine

Tài liệu tham khảo

M. Amjadi, K.-U. Kyung, I. Park, M. Sitti, Adv. Func. Mater. 26, 1678 (2016). https://doi.org/10.1002/adfm.201504755 J. Gao, L. Wang, Z. Guo et al., Chem. Eng. J. (2020). https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122778 Y. Cai, J. Shen, G. Ge et al., ACS Nano 12, 56 (2018). https://doi.org/10.1021/acsnano.7b06251 S. Li, Y. Zhang, Y. Wang et al., InfoMat 2, 184 (2019). https://doi.org/10.1002/inf2.12060 S. Han, A. Chand, S. Araby et al., Nanotechnology 31, 075702 (2020). https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab5042 S. Chang, J. Li, Y. He, H. Liu, B. Cheng, Sens. Actuators A 294, 45 (2019). https://doi.org/10.1021/acsami.8b11233 Z. Chen, W. Ren, L. Gao, B. Liu, S. Pei, H.M. Cheng, Nat. Mater. 10, 424 (2011). https://doi.org/10.1038/nmat3001 H. Wang, W. Chen, B. Chen et al., Small 16, e1905480 (2020). https://doi.org/10.1002/smll.201905480 J. Ren, W. Zhang, Y. Wang et al., InfoMat 1, 396 (2019). https://doi.org/10.1002/inf2.12030 Y. Zhang, H. Tang, A. Li et al., J. Mater. Sci.: Mater. Electron. (2020). https://doi.org/10.1007/s10854-020-03811-y Q. Wang, S. Ling, X. Liang, H. Wang, H. Lu, Y. Zhang, Adv Mater 29, 1808695 (2019). https://doi.org/10.1002/adfm.201808695 M.J. Allen, V.C. Tung, R.B. Kaner, Chem. Rev. 110, 132 (2010) S.-H. Bae, Y. Lee, B.K. Sharma, H.-J. Lee, J.-H. Kim, J.-H. Ahn, Carbon 51, 236 (2013). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.08.048 X. Sun, Z. Qin, L. Ye et al., Chem. Eng. J. (2020). https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122832 Y. Zhai, Y. Yu, K. Zhou et al., Chem. Eng. J. (2020). https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122985 J. Fang, Z. Zhou, M. Xiao, Z. Lou, Z. Wei, G. Shen, InfoMat 2, 291 (2020). https://doi.org/10.1002/inf2.12067 Z. Ma, R. Xu, W. Wang, D. Yu, Colloids Surf. A (2019). https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.123918 C. Wang, K. Xia, Y. Zhang, D.L. Kaplan, Acc Chem Res 52, 2916 (2019). https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00333 C. Wang, X. Li, E. Gao et al., Adv Mater 28, 6640 (2016). https://doi.org/10.1002/adma.201601572 C. Wang, K. Xia, H. Wang, X. Liang, Z. Yin, Y. Zhang, Adv Mater 31, e1801072 (2019). https://doi.org/10.1002/adma.201801072 Y. Chen, L. Hu, C. Li et al., InfoMat. (2020). https://doi.org/10.1002/inf2.12075 M. Zhang, C. Wang, H. Wang, M. Jian, X. Hao, Y. Zhang, Adv. Funct. Mater. (2017). https://doi.org/10.1002/adfm.201604795 C. Wang, K. Xia, M. Jian, H. Wang, M. Zhang, Y. Zhang, J. Mater. Chem. C 5, 7604 (2017). https://doi.org/10.1039/c7tc01962a S. Chang, J. Li, Y. He, H. Liu, B. Cheng, Sens. Actuators A 294, 45 (2019). https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.05.011 Y. Pang, H. Tian, L. Tao et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 26458 (2016). https://doi.org/10.1021/acsami.6b08172 X. You, J. Yang, M. Wang et al., 2D Materials (2019). https://doi.org/10.1088/2053-1583/ab559f Z. Ni, H. Bu, M. Zou, H. Yi, K. Bi, Y. Chen, Physica B 405, 1301 (2010). https://doi.org/10.1016/j.physb.2009.11.071 S. Wang, H. Ning, N. Hu et al., Adv. Mater. Interfaces (2019). https://doi.org/10.1002/admi.201901507 Z. Yang, Y. Pang, X. Han et al., ACS Nano 12, 9134 (2018). https://doi.org/10.1021/acsnano.8b03391 B. Yin, Y. Wen, T. Hong et al., ACS Appl Mater Interfaces 9, 32054 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.7b09652 H. Zhang, J. Zhao, T. Xing, S. Lu, G. Chen, Polymers (Basel) (2019). https://doi.org/10.3390/polym11111774 H. Wang, Z. Liu, X. Zhang et al., Adv. Mater. Interfaces (2016). https://doi.org/10.1002/admi.201600040 C. Wang, R. Guo, J. Lan, S. Jiang, Z. Zhang, Cellulose 24, 4045 (2017). https://doi.org/10.1007/s10570-017-1392-9 X. Lai, R. Guo, H. Xiao et al., J. Alloy Compd. 788, 1169 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.02.296 C. Wang, R. Guo, J. Lan, L. Tan, S. Jiang, C. Xiang, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 29, 8010 (2018). https://doi.org/10.1007/s10854-018-8807-8 Y. Cong, T. Xia, M. Zou et al., J. Mater. Chem. B 2, 3450 (2014). https://doi.org/10.1039/c4tb00460d SMD Haeshin Lee, William M. Miller, phillipp B. Messersmith. (2007) SCIENCE 318. N. Cao, B. Yang, A. Barras, S. Szunerits, R. Boukherroub, Chem. Eng. J. 307, 319 (2017). https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.08.105 R. Reddy, S. Gandla, D. Gupta, Adv. Mater. Interfaces (2019). https://doi.org/10.1002/admi.201900409 B. Li, J. Luo, X. Huang et al., Composites B (2020). https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107580 N. Yang, Z.X. Luo, G.R. Zhu et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 35987 (2019). https://doi.org/10.1021/acsami.9b11101 Z. Yang, D.Y. Wang, Y. Pang et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 3948 (2018). https://doi.org/10.1021/acsami.7b16284 Y. Zheng, Y. Li, Y. Zhou et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 1474 (2020). https://doi.org/10.1021/acsami.9b17173 S. Chun, W. Son, D.W. Kim et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 16951 (2019). https://doi.org/10.1021/acsami.9b04206 S. Lu, S. Wang, G. Wang, J. Ma, X. Wang, Sens. Actuators A 295, 200 (2019). https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.04.038 L. Mao, T. Gong, Q. Ai et al., Smart Mater. Struct. 29, 150 (2020). https://doi.org/10.1088/1361-665X/ab52c0 M. Yang, J. Pan, A. Xu et al., Polymers (2018). https://doi.org/10.3390/polym10060568 J.J. Park, W.J. Hyun, S.C. Mun, Y.T. Park, O.O. Park, ACS Appl. Mater. Interfaces 7, 6317 (2015). https://doi.org/10.1021/acsami.5b00695 Y. Wang, L. Wang, T. Yang et al., Adv. Func. Mater. 24, 4666 (2014). https://doi.org/10.1002/adfm.201400379 M. Amjadi, A. Pichitpajongkit, S. Lee, S. Ryu, I. Park, ACS Nano 8, 5154 (2014) J. Lee, S. Kim, J. Lee et al., Nanoscale 6, 11932 (2014). https://doi.org/10.1039/c4nr03295k
Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Materials Science: Materials in Electronics

Tập 31

17233-17248

Thông tin tác giả