在醫療保健、人機界面、機器人等領域，溫度傳感器是不可或缺的。然而，對于性能良好的柔性溫度傳感器，仍然需要簡單、快速的制造方法。本工作以激光還原氧化石墨烯(GO)為基礎，以簡單的方式制作了一種快速響應的柔性溫度傳感器，用于非接觸式人機界面。系統研究了氧化石墨烯濃度和激光掃描線間距對溫度傳感器靈敏度的綜合影響。揭示了兩個關鍵工藝參數、材料性能和傳感器靈敏度之間的內在關聯。結果表明，當氧化石墨烯濃度為4 mg/mL，掃描線間距為0.12 mm時，溫度傳感器的靈敏度最高，為0.37%℃
-1。利用優化后的工藝參數制作的溫度傳感器具有響應時間快、線性度好、滯后小、重復性好、性能穩定等優點，并成功地用于監測人體呼吸、吹氣和曲面溫度的時空變化。傳感器還可以檢測手指的距離。此外，還制作了用于密碼鎖非接觸式解鎖的3×3柔性溫度傳感器陣列。制備的陣列顯示了本研究開發的傳感器在非接觸式人機界面中的巨大潛力。
Fig. 1. (a)柔性溫度傳感器的制作。(b)溫度傳感器原理圖。(c)制作的柔性溫度傳感器正常狀態下的光學圖像。(d)彎曲柔性溫度傳感器的光學圖像。
Fig. 2. (a) 拉曼光譜I
2D/I
G的強度比。(b) 拉曼光譜I
D/I
G的強度比。(c) 4 mg/mL LrGO薄膜的SEM圖像。(d) EDS分析C/O比值。(e) GO和LrGO的x射線衍射峰(d間距)的2θ角。
Fig. 3. 不同濃度氧化石墨烯的溫度傳感器在掃描線間距為(a) 0.04 mm， (b) 0.06 mm， (c) 0.08 mm， (d) 0.10 mm， (e) 0.12 mm時的響應。(f)傳感器靈敏度、氧化石墨烯濃度和掃描線間距的關系。
Fig. 4. (a)在5種不同溫度(30℃至100℃)下連續測量傳感器5分鐘。(b)溫度傳感器在加熱和冷卻過程中的歸一化電阻變化。(c)傳感器對一滴冰水熱沖擊的響應。
Fig. 5. (a)傳感器彎曲角度為10°、20°、30°、40°時的歸一化初始電阻。(b)傳感器在彎曲角度為0°、10°、20°、30°、40°時的歸一化溫度響應。(c)彎曲500、1000次后歸一化電阻變化情況。(d) 65% ~ 95% RH的濕度穩定性試驗。
Fig. 6. 傳感器應用測試(a)呼吸頻率監測。(b)人吹檢測。(c) 2×2熱水陣列監測。(d) 2×2陣列四個不同階段的紅外圖像。(e)近距離探測實驗。
Fig. 7. (a) 3×3柔性溫度傳感器陣列圖像。(b)九通道柔性溫度傳感器測試結果。(c)非接觸式傳感器人機交互應用。
相關研究工作由廈門大學Wei Zhou課題組于2021年發表在《Carbon》上，原文： Facile fabrication of a fast-response flexible temperature sensor via laser reduced graphene oxide for contactless human-machine interface。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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