石墨烯压力传感器的研究进展
石墨烯传感器研究进展
石墨烯传感器的研究进展摘要本文论述了石墨烯电化学和生物传感器的研究进展，包括石墨烯的直接电化学基础、石墨烯对生物小分子的电催化活性、石墨烯酶传感器、基于石墨烯薄膜和石墨烯纳米带的实用气体传感器（可检测O 2、CO和NO 2）、石墨烯DNA传感器和石墨烯医药传感器（可用于检测扑热息痛）。
2004年，英国曼彻斯特大学Andre K.Geim等以石墨为原料，通过微机械力剥离法得到一系列叫作二维原子晶体的新材料----- “石墨烯（G raphene）”。
石墨烯是碳纳米材料家族的新成员，具有二维层状纳米结构，室温下相当稳定。
由于在石墨烯中碳原子呈sp2 杂化，贡献剩余一个p轨道上的电子形成了大n键，n 电子可以自由移动，使石墨烯具有优良的导电性、新型的量子霍尔效应以及独特的超导性能。
石墨烯对一些酶呈现出优异的电子迁移能力，并且对一些小分子（如H2O2 NADH）具有良好的催化性能，使其适合做基于酶的生物传感器，即葡萄糖传感器和乙醇生物传感器。
在电化学中应用的石墨烯大部分都是由还原石墨烯氧化物得到的，也称为功能化石墨烯片或者化学还原石墨烯氧化物，这种物质通常有较多的结构缺陷和官能团，在电化学应用上具有优势。
碳是电化学分析和电催化领域应用最广的材料。
例如，碳纳米管在生物传感器、生物燃料电池和质子交换膜（PEM）燃料电池方面有着良好的性能。
基于石墨烯的电极在电催化活性和宏观尺度的导电性上比碳纳米管更有优势。
因此，在电化学领域，石墨烯就有了大展身手的机会。
石墨烯在电化学传感器上的应用有以下优点：①体积小，表面积大；②灵敏度高；③响应时间快；④电子传递快；⑤易于固定蛋白质并保持其活性；⑥减少表面污染的影响。
1石墨烯的电化学基础为了更好地了解碳材料在电化学领域的应用，有必要研究决定碳电极的几种重要参数的基本电化学行为，即电化学位窗口、电子迁移速率、氧化还原电位等。
Zhou Ming等报道称石墨烯在0. lmol/L PBS （pH 为7.0 ）中具有大约2.5V 的电化学电位窗口，这与石墨、玻碳、甚至掺杂硼的金刚石电极相似，但是，从交流阻抗谱来看，石墨烯对电荷迁移的阻力比石墨和玻碳电极对电荷迁移的阻力小。
《基于石墨烯的柔性力敏传感器结构设计与应用研究》范文
《基于石墨烯的柔性力敏传感器结构设计与应用研究》篇一一、引言随着科技的进步和物联网的飞速发展，柔性传感器在各种领域中的应用越来越广泛。
作为一种新型的纳米材料，石墨烯以其独特的物理和化学性质，为柔性力敏传感器的发展提供了广阔的前景。
本文旨在研究基于石墨烯的柔性力敏传感器的结构设计、制备工艺及其应用领域。
二、石墨烯的物理和化学性质石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料，具有优异的导电性、热导性、机械强度和柔韧性。
这些独特的性质使得石墨烯在制备柔性力敏传感器方面具有巨大的潜力。
三、基于石墨烯的柔性力敏传感器结构设计1. 材料选择：选用高质量的石墨烯材料作为主要导电层，同时选择具有良好柔韧性和生物相容性的聚合物作为基底材料。
2. 结构设计：将石墨烯材料通过特殊的工艺与聚合物基底复合，形成一种具有高度敏感和柔性的力敏传感器结构。
该结构包括导电层、绝缘层和保护层，其中导电层由石墨烯材料构成，绝缘层用于隔离相邻的导电层，保护层则用于提高传感器的耐用性和稳定性。
四、制备工艺1. 制备石墨烯材料：采用化学气相沉积法或氧化还原法制备高质量的石墨烯材料。
2. 制备导电层：将石墨烯材料与聚合物基底通过涂布、印刷或喷涂等方式复合，形成导电层。
3. 制备绝缘层和保护层：在导电层上依次制备绝缘层和保护层，以提高传感器的性能和稳定性。
五、应用领域基于石墨烯的柔性力敏传感器具有广泛的应用前景，主要应用于以下几个方面：1. 人体健康监测：用于监测人体的生理信号，如心率、血压、呼吸等，有助于实现人体健康管理。
2. 智能穿戴设备：用于制作智能手表、智能手环等可穿戴设备中的压力、触觉等传感器，提高设备的用户体验。
3. 机器人技术：用于机器人皮肤中的触觉传感器，实现机器人的环境感知和人机交互。
4. 物联网领域：用于物联网设备中的压力、温度、湿度等传感器的制备，提高物联网设备的智能化水平。
六、结论基于石墨烯的柔性力敏传感器具有优异的性能和广泛的应用前景。
石墨烯传感器的进展综述
石墨烯传感器的进展综述石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，具有很多奇异的电子及机械性能。
随着石墨烯材料的发展，传感器的发展也如虎添翼。
很多优异传感器的诞生也使生活生产变得更加智能可控。
基于石墨烯材料论述了石墨烯气体传感器，压力传感器和生物传感器的研究进展。
标签：石墨烯；传感器；气体；压力；生物1 概述石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形蜂巢晶格的二维材料，且只有一个碳原子厚度。
由于其独特的物理化学性质（高表面积、良好的导电性、机械强度高、易于功能化等），石墨烯在传感器上的应用受到越来越多的关注。
本文有选择地论述了石墨烯气体传感器，压力传感器和生物传感器的研究进展。
2 石墨烯基传感器传感器是一种检测装置，能够将被测量的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器存在于我们生活中的各个方面，它的发展将会为人们的生活带来更大的便利。
石墨烯材料的應用为实现传感器的灵敏化、智能化、便捷化奠定了基础。
2.1 石墨烯气体传感器石墨烯具有蜂巢晶体结构，具有巨大的表面积，对周围的环境非常敏感。
据报道，CO2、NH3和NO2等可吸附在纯石墨烯上，使石墨烯纳米传感器的电子运输性能发生重大变化。
孙宇峰等人[1]通过对Hummer方法的改进，制备了片状多层氧化石墨烯。
在不同浓度的NH3下进行敏感特性测试，实验结果表明氧化石墨烯对NH3具有良好的响应，在（1.5-3.5）×10-4范围内呈线性关系。
侯书勇等人[2]通过臭氧处理制备了一种简单、高效、可重复使用的单层石墨烯基NO2气体传感器，并研究了纯的和经过臭氧处理的NO2气体传感器的响应特性和恢复特性。
经臭氧处理后的石墨烯基气体传感器对NO2响应度明显高于未经臭氧处理的石墨烯基气体传感器。
桂阳海等人[3]为了改善WO3基材料的气敏性能，通过水热法制备出石墨烯添加量为0.5%、0.8%、1.0%、1.5%（质量分数）的石墨烯/WO3纳米片复合材料，并研究其对H2S的气敏性能。
基于石墨烯的柔性压力传感器开发及性能研究
基于石墨烯的柔性压力传感器开发及性能研究随着科技的不断发展和进步，人们的生活逐渐依赖于各种电子设备和无线通信技术。
同时，电力、汽车、医疗、安防、机器人等领域对传感器的需求也越来越大。
传感器是指把被测量物理量转化成可读信号的一种器件，是测量、控制和监控领域不可缺少的硬件设备。
在这其中，压力传感器的重要性尤为突出。
压力传感器可以测量压力、重量、密度、力等多个物理量，广泛应用于汽车、航空航天、化工、建筑、医疗等领域。
然而，传统的压力传感器存在着许多问题，比如精度低、体积大、灵敏度差等。
因此，研发一种精度高、体积小、灵敏度强的新型压力传感器已成为一个研究热点。
随着石墨烯的发现和研究，人们发现石墨烯具有一系列优异的物理、化学、电学和机械性能，特别是石墨烯的高导电性、高透过性和极低的厚度，使得它成为一种理想的柔性材料。
因此，将石墨烯应用于压力传感器的研究也成为当前的一个研究热点。
本文将围绕基于石墨烯的柔性压力传感器开发及其性能进行探讨。
一、石墨烯简介石墨烯是一种二维的碳材料，由一层由碳原子组成的六边形蜂窝状晶格构成。
石墨烯的特殊结构使其拥有许多非常优异的特性，比如高导电性、高透光性和极高的机械强度等。
这些特性使得石墨烯在许多领域具备广泛应用的前景。
二、基于石墨烯的柔性压力传感器基于石墨烯的柔性压力传感器可以采用石墨烯纳米片作为敏感层。
因为石墨烯本身就是一种非常薄且柔软的材料，具有极高的机械强度和弹性模量，而且可以经历多次弯曲而不会出现断裂的现象。
这为利用石墨烯制作柔性压力传感器提供了极大的便利。
石墨烯的高导电性能使其可以用作电极材料，将石墨烯片覆盖在弹性基片上，再在两端接入电极，就形成一个基于石墨烯的柔性压力传感器。
当压力作用于传感器时，石墨烯的电阻值会发生变化，这种变化可以被测量出来并转化成数字信号，从而得到被测物的相应压力值。
基于石墨烯的柔性压力传感器具有以下几个特点：1. 响应速度快：基于石墨烯的柔性压力传感器响应速度可以达到微秒级别，适合用于高速测量和实时监控。
石墨烯在传感器中的性能与应用研究
石墨烯在传感器中的性能与应用研究石墨烯，一种单层碳原子构成的二维材料，具有出色的电导性、热导性和机械性能，在各个领域中都显示出巨大的应用潜力。
其中，在传感器领域，石墨烯的独特性能使其成为研究的热点。
本文将探讨石墨烯在传感器中的性能及其应用研究。
一、石墨烯的性能特点1. 优异的电导性能：单层石墨烯具有非常高的电子迁移率和低电阻率，电子在其表面几乎不会有碰撞损失，因此石墨烯具有优异的电导性能。
2. 卓越的热导性能：石墨烯导热性能非常好，甚至超越了铜和金属等材料。
这使得石墨烯在传感器中具有很好的热散射特性。
3. 出色的机械性能：石墨烯具有非常高的抗拉强度和弹性模量，即使在单层形式下也具有出色的机械性能。
4. 大比表面积：石墨烯具有极大的比表面积，提供了更多的反应位点，有助于传感器与待测物快速反应。
二、石墨烯在传感器中的应用1. 气体传感器：石墨烯作为传感器材料具有极高的灵敏度和选择性，可以用于检测气体的浓度和种类。
例如，在空气中监测有害气体的浓度时，利用石墨烯薄膜的吸附特性，可以高效地吸附并检测出微量的有害气体。
2. 生物传感器：石墨烯可以作为生物传感器的载体，用于检测生物分子，如DNA、蛋白质等。
通过修饰石墨烯表面的生物分子，可以实现高灵敏度和快速的生物分子检测。
3. 应力传感器：由于石墨烯具有极好的机械性能，在应力传感器中也展现出很好的应用前景。
通过监测石墨烯薄膜的电阻变化，可以实时、非侵入性地测量物体的应变变化。
4. 光传感器：石墨烯对光的吸收和散射能力非常出色，因此在光传感器领域也有很大的潜力。
利用石墨烯的光学特性，可以实现高灵敏度、快速响应的光传感器。
5. 温度传感器：由于石墨烯的优异热导性能，可以用于制作高灵敏度的温度传感器。
石墨烯薄膜的电阻随温度的变化呈线性关系，因此可利用这一特性制作精确的温度传感器。
三、石墨烯传感器的优势与挑战1. 优势：a. 高灵敏度：石墨烯具有极高的灵敏度，可以检测极小浓度的待测物。
石墨烯在传感器中的应用研究进展_周超
比表面积极大 ， 有 利 于 气 体 吸 附； 而用于电化学传感器中的
６］ 石墨烯一般是通过氧化还原 方 法 ［ 制 得， 产物通常有较多的
存在一 些 未 被 还 原 的 官 能 团 ， 有利于其在电化学 结构缺陷 ， 领域中的应用 。
１ 石墨烯的电子结构与电学性能
石墨烯晶格具有六方对称 性 。 碳 有 ４ 个 价 电 子 ， 在石墨
２ 烯面内每 １ 个碳原子通过 ｓ ｐ 杂化与相邻的 ３ 个碳原子形成
） ； ； 上海市科委地方高校 能 力 建 设 项 目 （ 上海工程技术大学创 １ １ Ｘ Ｋ １ ８ Ｂ； Ｘ Ｋ Ｃ Ｚ １ ２ ０ ５ １ １ ４ ９ ０ ５ ０ １ ５ ０ ０） ＊ 上海高校学科专业建设项目 （ ） 新项目 （ １ ３ ＫＹ ０ ４ １ ０ ： 男， 硕士生 ， 研究方向 为 功 能 性 高 分 子 复 合 材 料 、 碳 纳 米 复 合 材 料 等 Ｅ－ｍ １ ９ ８ ９ 年生 ， ａ ｉ ｌ ｚ ｈ ｏ ｕ ｃ ｈ ａ ｏ ２ １ １＠ｇ ｍ ａ ｉ ｌ ． ｃ ｏ ｍ 陈 思 周超 ： ： 浩： 通讯作者 ， 男， 教授 ， 研究方向为先进功能材料 Ｅ－ｍ １ ９ ６ ２ 年生 ， ａ ｉ ｌ ｈ ａ ｏ ｓ ｉ ｈ ａ ｏ ｓ ｉ ６ ３． ｃ ｏ ｍ ＠１
分别位于 Ａ 和 Ｂ 子晶格上 。 图 １ 中可以看到在布里渊区 子， ） ， 内比较特殊的有 ２ 个点 Ｍ 和 Ｋ（ 当图 ２ 中ｔ Ｋ ′ ′ ＝－０． ２ ｔ时 （ 为紧束缚 汉 密 尔 顿 算 符 中 相 同 晶 格 之 间 的 跃 迁 能 量 值 ， ｔ ′ ， 由此时的能带 关 系 可 以 看 出 费 米 面 （ 处 ｔ ＝２． ７ ５ｅ Ｖ） Ｅ＝０） 于布里渊区中的 Ｋ 和 Ｋ 点上 。 费米面能级上方的电 子态 对 ′ 应于 π＊ 态 ， 即 π 轨道的反键态 ； 而费 米 面 能 级 以 下 的 能 带 则 对应 ∏ 轨道的成 键 态 。 由 图 ２ 还 可 以 看 出 在 费 米 面 附 近 的 能带关系为线性 ， 故称 Ｋ 和 Ｋ 点为狄拉克点 ， 该点附近 的 电 ′ 子能带关系为狄 拉 克 锥 。 这 也 构 筑 了 石 墨 烯 中 的 电 子 为 无
2023年石墨烯压力传感器行业市场研究报告
2023年石墨烯压力传感器行业市场研究报告石墨烯（Graphene）是由碳原子组成的二维薄层材料，具有极高的导热和导电性能，同时具有极强的机械强度和柔韧性。
这使得石墨烯在压力传感器领域具有广阔的应用前景。
石墨烯压力传感器是一种利用石墨烯材料特性制作的传感器，能够对外界施加的压力变化进行高精度的测量。
随着科技的发展，人们对于传感器的需求越来越高，压力传感器成为了众多应用领域不可或缺的关键器件。
石墨烯压力传感器具有以下几个优势：1. 高灵敏度：石墨烯具有极高的电阻率，微小的压力变化就能引起电阻的显著变化，使得石墨烯压力传感器具有高灵敏度和精度。
2. 宽工作范围：石墨烯材料具有高温和低温稳定性，能够在 -200 到 800 度的温度范围内正常工作，满足多种应用需求。
3. 快速响应时间：石墨烯具有超低的质量和弹性模量，可以实现非常快速的压力响应，准确地测量瞬时的压力变化。
4. 良好的机械强度：石墨烯具有出色的机械强度和柔韧性，能够承受较大的压力变化和机械挤压，增加了传感器的寿命和稳定性。
目前，石墨烯压力传感器已经在多个领域得到了广泛应用，包括航空航天、汽车工业、医疗健康、机器人技术等。
在航空航天领域，石墨烯压力传感器可以用于飞机和火箭的结构健康监测，提高飞行安全性能。
在汽车工业中，石墨烯压力传感器可以用于汽车刹车系统的压力监测，提高刹车的稳定性和安全性能。
在医疗健康领域，石墨烯压力传感器可以用于人体生理信号的监测，实现无创检测和健康监护。
在机器人技术中，石墨烯压力传感器可以用于机器人手部的力触觉反馈，实现人机交互和精密操作。
根据市场调研数据显示，石墨烯压力传感器市场规模正在逐年增长。
预计到2025年，全球石墨烯压力传感器市场规模将超过10亿美元。
石墨烯压力传感器的应用领域正在不断扩大，未来几年内有望取得更大的发展。
随着石墨烯材料的研发和制备技术的进一步成熟，石墨烯压力传感器的成本也将逐渐降低，推动市场进一步发展。
石墨烯生物传感技术的研究现状及应用展望
石墨烯生物传感技术的研究现状及应用展望石墨烯作为一种新兴的材料，其应用领域正在不断扩展。
其中，石墨烯生物传感技术是一个备受关注的领域。
本文将介绍石墨烯生物传感技术的研究现状及应用展望。
一、石墨烯的特性石墨烯是由碳原子组成的单层平面材料，厚度仅为1个原子层，具有极高的电导率和导热率，且具有极高的比表面积。
这些特性使石墨烯具有很多独特的性质，例如高灵敏度、高选择性和高稳定性等。
因此，石墨烯可以用于制造各种传感器，尤其是生物传感器。
二、石墨烯生物传感技术的研究现状目前，石墨烯生物传感技术的研究已经进展到了很高的水平。
生物传感器是一种能够检测生物分子（如蛋白质、DNA、RNA等）的传感器，可以用于健康监测、医学诊断、食品安全等方面。
而石墨烯生物传感器具有很多优点，例如灵敏度高、检测速度快、稳定性好等。
1、石墨烯基的生物传感器石墨烯基的生物传感器可以通过改变石墨烯表面的性质来实现生物分子的检测。
例如，可以在石墨烯表面引入特定的生物分子，使其与待检测分子发生反应，从而实现检测。
石墨烯基的生物传感器不仅具有良好的灵敏度和选择性，还具有良好的稳定性和重复性。
2、量子点-石墨烯复合材料的生物传感器量子点是一种具有独特光学性质的半导体微粒。
石墨烯和量子点的结合可以产生持久的、稳定的发光信号，因此可以用于制造高灵敏度的生物传感器。
这种复合材料可以用于检测生物分子，例如肿瘤标志物、病毒等。
三、石墨烯生物传感技术的应用展望石墨烯生物传感技术的应用领域非常广泛，涵盖医疗、食品安全、环境监测等方面。
以下是几个关键领域的应用展望。
1、医疗领域石墨烯生物传感器可以用于诊断和监测疾病，例如糖尿病、肿瘤等。
此外，石墨烯生物传感器还可以用于药物筛选和药物释放的监测等方面。
2、食品安全领域石墨烯生物传感器可以检测食品中的有害物质，例如农药、重金属等。
这可以帮助保障公众的健康和食品安全。
3、环境监测领域石墨烯生物传感器可以用于监测环境中有害物质的浓度和种类，例如大气污染物、水污染物等。
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（a） 传感器总体示意图
压力
变形
（b） 传感器局部受压示意图 图３ 改进型悬浮石墨烯压力传感器示意图［２３］ Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ
ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ［２３］
增加带有支腿的顶板将大大提高这种压力传感 器的灵敏度，改进型悬浮石墨烯压力传感器可以用 于低压检测环境，灵敏度极高，且低压范围线性度 很好，缺点是高压范围内线性度较差，结构尺寸大 于一般悬浮石墨烯压力传感器。
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ｏｆ Ｇｒａｐｈｅｎｅ－Ｂａｓｅｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ
Ｊｉａｎｇ Ｓｈｅｎｇｗｅｉ，Ｓｈｉ Ｓｈｕａｉ，Ｙｕａｎ Ｊｉａｏｊｉａｏ，Ｆａｎｇ Ｊｉｎｇ，Ｘｕ Ｃｈｕｎｌｉｎ，Ｗａｎｇ Ｘｕｅｆａｎｇ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）
电极
SiO2 层 Si层
石墨烯
空腔 （a） 顶视图
电极 石墨烯 空腔
SiO2 层 Si压力传感器示意图［２１］ Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ＳｉＯ２ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ
ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ［２１］
50
40
30
20 10 1 500
AB CD EF
1 550
1 600 1 650 驻滓/cm-1
1 700
Intensity（a.u.）
图２ 石墨烯薄膜上不同位置的喇曼光谱 （“Ｇ” 峰）［２１］ Ｆｉｇ．２ Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒａ （Ｇ－ｐｅａｋ）ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｔｅｓ ｏｎ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｆｉｌｍｓ［２１］
２０１２年，Ａ．Ｄ．Ｓｍｉｔｈ等人 完 ［２１］ 整 地 提 出 了 悬 浮石墨烯压力传感器的结构与制造工艺，如图１所 示，并运用 ＣＯＭＳＯＬ 和喇曼 光 谱 仪 对 石 墨 烯 的 变 形进行了分析。外加压 力 为 １３ ９７８ Ｐａ时， 单 层 石
墨烯 最 大 变 形 高 达 ２８０ ｎｍ。 应 变 与 “Ｇ” 峰、 “２Ｄ” 峰的喇曼位移均呈线性关系 ， ［２２］ 图２ 为 ６ 个 点 （Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 和 Ｆ） 的 喇 曼 光 谱 测 量 值 （Ｆ 点在中心变形 处），Ｆ 点 “Ｇ” 峰 值 出 现 明 显 偏 移 。 图 ２ 中 ，Δσ 为 喇 曼 位 移 。
０ 引 言
自２００４ 年 Ｋ．Ｓ．Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ等 人 发 ［１］ 现 石 墨 烯
以来，关于石墨烯显著的机械、光学与电学等性能 的研究成为人们密切关 注 的 热 点 。 ［２－６］ 石 墨 烯 是 一 种由单层六角元胞碳原子构成的蜂窝状二维晶体，
收 稿 日 期 ：２０１３－０４－１５ 基金项目：华中科技大学自主创新基金资助项目 （２０１３ＴＳ０２２）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｓｔｊｓｗ＠１２６．ｃｏｍ
硅膜压力 传 感 器 薄 膜 厚 度 一 般 为 ５～３０μｍ， 其厚度是单层石墨烯厚度的几千倍，而薄膜厚度越 小，传感器越灵敏，且硅膜承受的最大应力也要小 于石墨烯薄膜，因此这种压力传感器可以应用在高 量程、高灵敏度和纳米级的环境。
Ｏ．Ｋ．Ｋｗｏｎ等人 提 ［２３］ 出 了 改 进 型 悬 浮 石 墨 烯 压力传感器，如图３所示。这种压力传感器增加了
２０１３年７月 微纳电子技术第５０卷第７期 ４４７
蒋圣伟等：石墨烯压力传感器的研究进展
具有高杨氏模量［７］ （约１ ＴＰａ）、高断裂强度［８］ （约 １２５ ＧＰａ）和高热导率［９］ （约５ ０００ Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１）， 载 流 子 迁 移 率［８］高 达 ２００ ０００ ｃｍ２ ·Ｖ－１ ·ｓ－１， 速 度 饱和值［１０］为 ３×１０７ ｃｍ／ｓ。 石 墨 烯 作 为 一 种 新 型 材 料，具有广阔的应用前景，近几年来已经开始应用 于场 效 应 晶 体 管［１１］、气 体［１２］与 化 学［１３］传 感 器、透 明导电薄膜［１４］以及清洁能源设备［１５］。
ＭＥＭＳ 压 力 传 感 器 的 应 用 非 常 广 泛， 现 有 ＭＥＭＳ压力传 感 器 普 遍 采 用 硅 薄 膜， 由 于 硅 的 物 理性能 有 限， 现 有 ＭＥＭＳ 压 力 传 感 器 尺 寸 较 大， 灵敏度有限，在医学、生物等纳米领域难以得到广 泛应用。单层石墨烯厚度约 为 ０．３４ ｎｍ［１］， 石 墨 烯 能承受的最 大 应 变 约 为 ２５％ ， ［１６］ 石 墨 烯 本 身 有 很 好的压阻效应，不用再额外做电极，石墨烯的弹性 模量为３３５ Ｎ／ｍ，应变系数仅为２， 这表明在小应 变扰动下石墨烯没有电敏感，有巨大潜力作为触摸 屏显示和 柔 性 电 子 设 备 的 电 极 材 料 。 ［１７］ 基 于 石 墨 烯的这些 优 点， 科 学 家 开 始 研 究 石 墨 烯 压 力 传 感 器，在理论研究、仿真模拟与实验方面已经取得一 些进展。
４４８ Ｍｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．５０ Ｎｏ．７ Ｊｕｌｙ２０１３
蒋圣伟等：石墨烯压力传感器的研究进展
一个带有圆柱形支腿的顶板，顶板面积与支腿石墨 烯接触面积之间存在一个高的比值，当顶板上施加 一个较小压力时，通过支腿传递作用在石墨烯薄膜 上的压力将迅速变大。
Ｊ．Ｍａ等人研究了 光 纤 石 墨 烯 压 力 传 感 器 的 压
力响应 与 ［２９］ 温 度 响 应 ， ［３０］ 如 图 ５ （ａ） 和 （ｂ） 所
示，图中 ΔＬ 为空腔长度变化，ｐ 为压力，Δλ为波
-500 -400
实验数据 方程拟合曲线
驻L/nm
-300
-200
２ 光纤石墨烯压力传感器
不同种类光纤压力传感器已经被报道，包括： 侧孔光纤 压 力 传 感 器 、 ［２４］ 光 学 纤 维 光 栅 高 压 力 传 感器［２５］、 超 快 空 气 孔 微 结 构 光 纤 高 温 压 力 传 感 器 、 ［２６］ 全 光 纤 二 氧 化 硅 膜 片 高 灵 敏 度 压 力 传 感 器 以 ［２７］ 及基于 光 子 晶 体 光 纤 井 下 应 用 的 高 压 力 传 感 器［２８］。
MEMMSE器M件S与与传技感术器
MEMMSEDMeSviacned&STeencshornsology
石墨烯压力传感器的研究进展
蒋圣伟，师 帅，袁娇娇，方 靖，徐春林，汪学方
（华中科技大学 机械科学与工程学院 微系统中心，武汉 ４３００７４）
摘要：对几种石墨烯压力传感器的研究进展进行了综述，包括压力传感器结构、原理及其电学、 力学与机械等性能的研究，并指出了各种石墨烯压力传感器的优缺点。从中可以发现，石墨烯压 力传感器比硅压力传感器具有更优异的性能，包括高量程、高灵敏度以及纳米级尺寸。这些优点 预示石墨烯压力传感器将有望在更多场合得到应用，如在生物医学领域可被用来检测人体内部血 压或者组织压力。目前，石墨烯压力传感器的研究主要是理论与实验研究，实现商业化还需要一 段时间，但是石墨烯的制备已实现商业化，石墨烯压力传感器也将走进人们的生活。 关键词：石墨烯；压力传感器；高量程；高灵敏度；纳米级 中图分类号：ＴＰ２１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－４７７６ （２０１３）０７－０４４７－０６
压力
石墨烯
石墨烯样品 （石 墨 烯/Ni/SiO2/Si）
FeCl3
石墨烯 去离子水
（a） 将石墨烯样品 浸入 FeCl3 溶液 中蚀刻掉 Ni 层
SiO2 /Si 基底
（b） 漂浮在去离子水 水面的石墨烯薄 膜转移到光纤头 开放腔表面
（c） 石墨烯薄膜 覆盖在光纤 头微型空腔 表面示意图
石墨烯
石墨烯薄膜 覆盖于空腔
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ｆｏｒ ｓｅｖｅｒａｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｒｅ ｒｅ－ ｖｉｅｗｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｆｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒｓ．Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｐｒｅｓ－ ｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｒｅ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ－ｂａｓｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｒａｎｇｅ，ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｎａｎｏｓｃａｌｅ ｓｉｚｅ．Ｔｈｅｓｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｐｒｏｂａ－ ｂｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｍｏｒｅ ｏｃｃａｓｉｏｎｓ，ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｂｏｄｙ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｒ ｔｉｓｓｕｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ ｂａｓｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ，ｉｔ ｗｉｌｌ ｔａｋｅ ｓｏｍｅ ｔｉｍｅ ｆｏｒ ｓｅｎｓｏｒｓ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ， ｔｈｅ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ｗｉｌｌ ａｌｓｏ ｃｏｍｅ ｉｎｔｏ ｐｅｏｐｌｅ＇ｓ ｌｉｖｅｓ ｌａｔｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ；ｈｉｇｈ ｒａｎｇｅ；ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ；ｎａｎｏｓｃａｌｅ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－４７７６．２０１３．０７．００８ ＥＥＡＣＣ：７２３０Ｍ