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基于激光诱导石墨烯的传感器如何检测排球运动

 

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-12-27  浏览次数:695
最近,将多种聚合物衬底转换为激光诱导石墨烯(LIG)已成为制造图案化石墨烯基可穿戴电子器件的单一步骤方法,在传感、驱动和能量存储方面具有广泛的应用。与传统石墨烯设计相比,激光诱导热解技术具有许多优点:环保、可设计图案、卷对卷生产和可控形态。
       青岛大学纺织服装学院曲丽君教授、田明伟教授等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Wearable and Flexible Multifunctional Sensor based on Laser-Induced Graphene for the Sports Monitoring System”的论文,研究通过从商用聚酰亚胺(PI)膜上层压LIG,设计了可穿戴的柔性石墨烯基应变和压力传感器。
       将制备的LIG转移到薄的聚二甲基硅氧烷(PDMS)片材上,该片材在弹性棉运动织物内交织,织物胶用作可穿戴传感器。单个LIG/PDMS层用作应变传感器,并且设计了两层LIG/PDS(x和y激光定向膜)的垂直堆叠用于压力传感。这一新设计的石墨烯织物(IGT)传感器在排球运动服中执行四项功能,包括排球接收检测、阻挡对手球员传球时手指触碰犯规检测、扣球力测量和球员位置监测。廉价的传感器可以帮助运动员训练,并帮助教练制定比赛策略。

图1.通过激光诱导热解技术制造LIG图案的示意图,以及排球运动服的设计应变和压力传感器。

图2.扫描电镜、拉曼光谱和 XPS 的示意图。(a) LIG/PI胶片的SEM图像。(b) LIG/PDMS的诱导石墨烯线。(c) LIG/PDMS的横截面图。(d) IGT传感器的拉曼光谱。(e) XPS对LIG和聚酰亚胺薄膜(PI)的调查比较。(f) LIG/PI和LIG/PDMS的C 1s XPS频谱。

图3.IGT应变传感器的机械和电气性能测试。(a)IGT传感器电阻的相对变化与应变变化的响应,拉伸速率为140毫米/分钟。(b)在10%(46毫米/分钟)、40%(154毫米/分钟)、60%(290毫米/分钟)、80%(336毫米/分钟)和100%(476毫米/分钟)的重复应变下15个周期的动态响应。(c)在5%(8毫米/分钟)、10%(15毫米/分钟)、20%(24毫米/分钟)、40%(42毫米/分钟)、60%(82毫米/分钟)、80%(102毫米/分钟)和100%(116毫米/分钟)的应变下,电阻相对变化随梯度增加的响应,持续10个循环,(d)和速度为60、120、270和540毫米/分钟。(e) 应变阶梯增加和减少时的拉伸性和可恢复性。(f)检测限低于1%菌株。(g)在50%应变下以750毫米/分钟的速度进行10,000次循环的稳定性测试。(h)稳定性试验图的放大部分。

图4.IGT压力传感器的机械和电气性能测试。

图5.应变和压力传感的微观结构和高线性机制的理论研究。

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图6.实时球员位置、扣球效果、排球接球测试监控、手指触球犯规检测。

综上所述,设计了一种柔性可穿戴的诱导石墨烯应变和压力传感器,并具有四个功能(位置测量、击球、接收统计和阻塞)并应用于排球运动。IGT传感器的出色线性度使其适用于其他运动应用。这项研究为现代体育中可穿戴电子设备的使用提供了革命性的IGT传感器和实用技术。

 

文献:https://doi.org/10.1021/acsami.2c14847


 
 
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