[发明专利]一种柔性三维石墨烯气凝胶及其制备方法和应用、柔性三维石墨烯基压阻式传感器及其应用

说明书

本发明提供了一种柔性三维石墨烯气凝胶及其制备方法和应用、柔性三维石墨烯基压阻式传感器及其应用，属于柔性电子器件技术领域。本发明制备的柔性三维石墨烯气凝胶的高度为厘米级且其中的石墨烯片长程有序排列，突破了石墨烯活性材料有序性差和难以获得超低检出限的难题。利用本发明制备的柔性三维石墨烯气凝胶所构建的压阻式传感器具有很宽的工作范围、高灵敏度和超低的检测极限，能够检测到指尖脉搏，并且检测结果与桡动脉检测结果相一致，该传感器为医学指尖脉搏检测提供一种新的检测手段，有望解决医学中指尖脉搏微弱难以检测的难题。因此，本发明的柔性三维石墨烯基压阻式传感器具有很好的压阻性能和实用性。

技术领域

本发明涉及柔性电子器件技术领域，尤其涉及一种柔性三维石墨烯气凝胶及其制备方法和应用、柔性三维石墨烯基压阻式传感器及其应用。

背景技术

基于柔性压阻式传感器的类电子皮肤是下一代可穿戴电子设备最重要的组成部分。其中，新型三维石墨烯基压阻式传感器，因具有高弹性、良好的柔韧性和轻质便携带等诸多优点，使其在医疗诊断、健康管理以及可穿戴电子皮肤等领域具有广阔的应用前景。而脉搏是一种重要的生物学信号，可反映多种与心血管疾病相关的人体生理和病理信息。脉搏的检测通常采用传统的中医方法或者柔性压力传感器，其一因为指尖脉搏太微弱，不能被大多数传感器所检测到；再者，三维石墨烯因增强剂或还原剂会导致界面刚性的问题，导致最低检出限受到限制，而最低检出限反映了传感器的灵敏度，该值越低，对信号的感应则越有利。因此，得到高灵敏度和低检出限的压阻式传感器检测指尖脉搏仍然是一个巨大的挑战。

目前所报道的基于三维石墨烯压阻式传感器因灵敏度和最低检测限的限制，致使其只能检测一些较强信号的脉搏，比如桡动脉和颈动脉(Toan Dinh et al,Stretchablerespiration sensors:Advanced designs and multifunct ional platforms forwearable physiological monitoring[J].Biosensors and Bi oelectronics,2020,11,2460.Ruzhan Qin,Wei Huang et al,A highly sensi tive piezoresistive sensorbased on MXenes and polyvinyl butyral with a w ide detection limit and lowpower consumption[J].Nanoscale,2020,12,177 15-17724.)，而无法实现对于微弱的指尖脉搏的检测。

由此可见，现存的方法和技术存在着无法提高基于三维石墨烯的压阻式传感器的灵敏度从而未能检测到指尖脉搏信号的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性三维石墨烯气凝胶及其制备方法和应用、柔性三维石墨烯基压阻式传感器及其应用，所制备的柔性三维石墨烯气凝胶构建的压阻式传感器具有高灵敏度和超低的检测极限，能够检测到指尖脉搏，有望解决医学中指尖脉搏微弱导致难以检测的难题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种柔性三维石墨烯气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯液晶与阴离子表面活性剂溶液混合，进行重构，得到重构氧化石墨烯溶液；

将所述重构氧化石墨烯溶液进行水热自组装，得到氧化石墨烯水凝胶；

将所述氧化石墨烯水凝胶进行真空冷冻干燥，得到柔性三维石墨烯气凝胶。

优选的，所述氧化石墨烯液晶的溶剂为超纯水，所述氧化石墨烯液晶的浓度为1～10mg/mL。

优选的，所述阴离子表面活性剂溶液中的阴离子表面活性剂包括羧酸盐表面活性剂、磺酸盐表面活性剂、硫酸酯盐表面活性剂和磷酸酯盐表面活性剂中的一种或多种，所述阴离子表面活性剂溶液的浓度为0.1～1.0mol/L；