Page 105 - 《精细化工》2021年第11期

第 11 期 王志刚，等: 一步法制备 AgNPs@石墨烯及其在柔性应力传感器方面的应用 ·2251·

循环过程中归一化电阻略有下降。之后复合材料导 作好的应变传感器贴于皮肤上，监测喉部肌肉和前
电网络趋于稳定，AgNPs@石墨烯柔性应力传感器 臂肌肉收缩的变化，如图 7a 和 b 所示。不同的峰值
的相对电阻也逐渐稳定。图 5 插图为 1000 次循环中 强度对应着不同的关节或肌肉运动方式。当发出
随机挑选的 20 个拉伸循环的放大图。可以看出， “啊”的声音时，声带振动，电阻值增加。当手指
AgNPs@石墨烯柔性应力传感器表现出良好的循环 向手掌用力弯曲时，电阻值也会增加。但这两种运
稳定性，具有优异的耐用性和可重复性能，延长了应 动表现出不同的信号锐度、信号频率和峰值强度。
力传感器的使用寿命，在实际应用中具有重要意义。 可穿戴柔性应力传感器能够准确测试出人体肌肉活
2.4 阻尼运动性能及在人体表面上的应用 动的变化，表现出较高的稳定性和可重复性，同时
为了进一步探究柔性应力传感器在振动监测方 也不影响人体运动行为和舒适度。因此，制备的柔
面的应用，本文通过检测悬臂系统阻尼运动来测量 性应力传感器可以在运动保健过程中实现实时跟踪监
不同物理振动频率的应变和应变恢复响应时间。将 测。柔性传感器将成为人机交互潜在的人工智能皮肤。
柔性应力传感器通过绝缘透明胶带固定到标尺上进
行测试。对于不同的应变，应变检测的快速响应时
间为 42 ms，恢复的快速响应时间为 41 ms（对应于
12 Hz 的频率），表明 AgNPs@石墨烯柔性应力传感
器可以用作日常物理振动的检测器。同时该传感器
具有较高的灵敏度、高应变分辨率和循环稳定性，
可广泛应用于各种低频率应变场合。如图 6a 所示，
应变传感器对直尺的阻尼振动表现出极好的稳定响
应，图 6b 为图 6a 中红色区域的放大图。

a—吞咽时喉部肌肉运动；b—前臂肌肉运动
图 7 柔性应力传感器检测人体表面皮肤上不同的肌肉运动
Fig. 7 Strain sensors attached on different human skin for
muscular motion detection

3 结论

本文提出了一种简单有效的 AgNPs@石墨烯复
合材料制备方法。采用柠檬酸钠为 AgNO 3 的还原
剂，采用低速机械搅拌和低功率超声相结合的方法
对天然鳞片石墨进行剥离。由 AgNPs@石墨烯复合

图 6 柔性应力传感器在阻尼运动下的电阻变化 材料（AgNO 3 与天然鳞片石墨质量比 1∶1）制备的
Fig. 6 Resistance variation as a function of the damped motion 柔性应力传感器灵敏度可达 299，远高于纯石墨烯

可穿戴柔性应力传感器是用于人体健康监测的 柔性应力传感器的灵敏度（14），且能够很好地识别
关 键电子 元件 之一。 为进 一步探 究所 制备 的 拉伸应变和压缩应变，具有良好的循环稳定性（在
AgNPs@石墨烯柔性应力传感器在柔性穿戴器件中 2%应变下进行 1000 次循环，ΔR/R 0 几乎保持不变）、
的实际应用效果，根据柔性穿戴器件最需要的功能 阻尼振动响应（检测应变时间 42 ms，恢复时间
特性设计了两种应用场景（喉部肌肉和前臂运动）， 41 ms），并且可用于人体表面肌肉运动检测。

研究了柔性应力传感器的人体信号监测能力。将制 （下转第 2321 页）