1。2石墨烯的结构性能

石墨烯是sp2杂化碳原子形成的厚度仅为单层原子的，排列成蜂窝状的六角面晶体。在单层石墨烯中，碳键为0。142nm，厚度只有0。334nm。

本课题所研究的石墨烯材料具有优异的电学、光学、力学等性质，是目前广泛关注的一类新型信息材料。与传统材料相比，石墨烯在柔性皮肤传感器方面有一下优势：

1、石墨烯因其独特的二维结构而具有巨大的比表面积。通常材料的表面才对目标分子比较敏感，但体材料只有有限的比表面积，因此对含量微小的分子传感灵敏度不高。而石墨烯的巨大的比表面积对环境中的化学成分变化极其敏感，因此在化学传感器应用方面有着良好的前景，基于单层石墨烯的化学传感器甚至可以达到单分子检测的灵敏度。但石墨烯超大的比表面积同样使得这种材料对环境、掺杂和目标分子以外的其他物质也有较为敏感的反应，因此还需要利用不同的表面化学修饰方法，使得石墨烯只对汗液中的特定的葡萄糖和乳酸分子做出检测。

2、石墨烯具有优越的力学性质，杨氏模量约为1Tpa，理论预测断裂应变约20%。人体皮肤是非常柔软有弹性的，其杨氏模量通常在140-600kPa，厚度为0。05-15毫米，并且伴有深度为15-100微米的皱纹及凹痕。而硅或者金属的杨氏模量可大于皮肤的百万倍。这样力学性质之间巨大的差异使得贴合高性能无机传感器在人体皮肤上显得极其困难而需要非常复杂的结构设计和器件制备。因此，石墨烯更适合制作具有延展性的柔性结构。

3、化学气相沉积法可以生长的面积达到厘米级单晶、甚至米级石墨烯多晶薄膜，完全满足制备大面积器件的要求。

4、单层石墨烯几乎全波段高达97。7%的透光率可用于柔性透明器件。高透明度将有可能真正实现隐形穿戴设备。

  石墨烯结构图

    过去几年中，基于石墨烯的柔性传感器得到了迅速的发展，但是大多数器件仅仅停留在可以弯折的层面上，尚未能够真正集成到皮肤上，实现高精度的电化学汗液传感器。基于以上优势，本项目使用大面积高质量的CVD石墨烯材料，精确设计可延展的石墨烯电路，发展特殊加工工艺，在柔性衬底上实现单面封装可延展石墨烯传感器件，并通过理论对石墨烯进行隔离应变的结构设计并进行准确的电化学表征。通过在功能化石墨烯表面，对皮肤汗液中的葡萄糖和乳酸分子等进行定量检测，从而监测人体生理健康状况，真正实现无侵入无伤害的获取人体生理学信息，为未来二维材料的可穿戴器件奠定科学基础。来;自]优Y尔E论L文W网www.youerw.com +QQ752018766-

1。3柔性石墨烯在生物电子学的潜在应用及意义

    集成电路技术是人类信息社会的基础。由于移动电子设备的高速发展，未来的电子器件发展的重要趋势是引入更多的功能集成并与人体活动进行融合。因此柔性电子学是后摩尔时代信息技术的重要方向之一，尤其是可穿戴的柔性传感器将在日常生活及医疗健康行业有着重要的应用。

    传统的临床生理学传感检测设备主要通过胶带或探针将厚重的电极接触皮肤表面，并固定病人位置以获取电、温度等信息。对人体体液或血液中重要分子的检测也需要精密耗时的化学分析仪器，而无法在提供人体在剧烈运动或者极端环境中生理状况的实时信号。因此，轻薄可穿戴、可实时监测传输信号的传感器系统在医疗行业将会有快速的发展。除了皮肤表面包含温度、热导率等物理信息外，汗液的分泌也含有非常有用的分子信息。葡萄糖和乳酸分子、电解质中钠、钾离子的含量可以对反映的新陈代谢和缺水情况，而若能集成可穿戴的皮肤生物化学传感器，则可以在日常环境中无侵害准确地分析疾病发展，药物滥用及运动员训练优化等。