西工大刊發 CEJ：激光誘導石墨烯構筑傳感網絡可精準檢測人體運動

標題：西北工業大學《CEJ》：三維多孔激光誘導石墨烯導電網絡，實現電容壓力傳感器用于人體運動檢測

1成果簡介

激光誘導石墨烯（LIG）技術憑借其低成本、快速、圖案化制備石墨烯的突出優勢，近年來在柔性電子領域引發了廣泛關注。然而，傳統LIG基電極面臨兩大固有局限，嚴重制約了其在柔性壓力傳感器中的實際應用：

1. PI膜直寫瓶頸——直接在聚酰亞胺（PI）薄膜上激光直寫LIG，雖然工藝簡便，但PI基底剛性大、不可拉伸，無法滿足柔性傳感對基底彈性和可形變性的需求；
2. 彈性體轉移損傷——將LIG從PI轉移至彈性體（如PDMS、Ecoflex）雖可賦予柔性，但轉移過程不可避免地破壞LIG的三維多孔結構，導致方阻劇烈漂移（高達67.65%的增加），嚴重影響壓力傳感器的性能穩定性和重復性。

如何在不破壞LIG三維多孔結構的前提下，實現LIG電極與柔性彈性體基底的無縫、穩定集成，是柔性LIG壓力傳感器邁向高性能、長壽命應用的關鍵挑戰。

本文，西北工業大學Huiling Peng、常洪龍教授、吉博文 副教授等在《Chemical Engineering Journal》期刊發表名為"In-situ fabricated LIG electrodes enabling robust capacitive pressure sensors for human motion detection"的論文。該研究提出了一種新型LIG電極原位制備工藝（in-situ fabrication process），從根本上解決了傳統彈性體轉移法的結構損傷和電阻漂移問題。

該策略的核心創新在于：在彈性體基底上原位誘導生成LIG，無需從PI轉移，從而完整保留LIG的三維多孔網絡結構。與彈性體轉移法相比，原位制備的LIG電極展現出碾壓級的結構穩定性和電學穩定性：

基于原位LIG電極的電容式壓力傳感器實現了0.8%的極低電容漂移（6000次循環）、20.33 ms / 16.95 ms的快速響應/恢復時間和13.55 Pa的超低檢測下限，并成功應用于羽毛球和游泳精細技術動作的準確識別，展現了在人體運動檢測領域的巨大應用潛力。

2圖文導讀

圖1. Overview of the in-situ fabricated LIG electrode.

圖2、Comprehensive performance evaluation of LIG electrodes fabricated via DLW, Transfer, and In-situ Fabrication methods.

圖3、Fabrication processes of the in-situ fabricated LIG electrode and structure of LIG-based pressure sensor.

圖4、Performance testing of in-situ fabricated LIG pressure sensor.

圖5. Application of in-situ fabricated LIG pressure sensors in motion detection.

3小結

總而言之，該工作提出了一種新型LIG電極原位制備工藝，從根本上解決了傳統彈性體轉移法破壞LIG三維多孔結構、導致方阻劇烈漂移的核心難題。原位制備的LIG電極在制備后方阻僅增加8.17%（轉移法67.65%），在0–90°彎曲和0–20%拉伸下方阻變化僅1.40%和?0.99%（轉移法分別高達697.66%和1195.10%），展現出碾壓級的結構穩定性和電學可靠性。基于原位LIG電極的電容式壓力傳感器實現了6000次循環0.8%極低電容漂移、20.33/16.95 ms快速響應/恢復和13.55 Pa超低檢測下限，并成功應用于羽毛球和游泳精細技術動作的準確識別。該原位制備策略為高性能柔性LIG壓力傳感器的設計與工程化實現提供了關鍵技術基礎，在運動科學、康復醫學、人機交互等領域具有廣闊的應用前景。

文獻：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.177151

來源：材料分析與應用