可穿戴电子设备不仅能极大方便日常生活，而且在生物医学工程中也占据着重要的地位。柔性“电子皮肤”作为可直接与人体接触的可穿戴电子设备，在实时监控人体健康状况甚至智能药物递送方面有着重要的应用。但是，目前柔性电子皮肤高昂的制作成本、繁琐的制备步骤，成为其大规模制备和应用的瓶颈问题。

近日，韩国建国大学（Konkuk University）能源工程系的Yongseok Jun教授研究团队基于将导电的还原石墨烯氧化物（RGO）片层附着在柔性多孔的聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底上，构筑了一种多功能、高性能的石墨烯基应力传感电子皮肤。研究人员通过蒸汽刻蚀（steam-etching）构筑多孔PDMS基底，经过3-氨基丙基三乙氧基硅烷修饰后浸涂氧化石墨烯（GO）涂层，基于引入Cu2+作为交联点实现了GO片层的可控多层构筑，最后采用HI溶液或蒸汽进行选区还原，得到不同图案化的RGO/多孔PDMS（RGO/pPDMS）柔性电子传感器件。该研究所报道的柔性电子皮肤构筑方法简便，未涉及复杂的真空溅射等步骤，器件结构可控、制备成本低、便于大规模制备。

RGO/pPDMS柔性电子皮肤的制备过程示意图。

通过简单的浸涂自组装次数的控制，可以精确调控表层RGO的层数（1～6层，分别标记为1C～6C）。随着RGO层数的增加，体系内电子渗透网络增加，器件的导电性等性能显著提升。RGO/pPDMS(6C)柔性器件具有较低的表面电阻（1.5 kΩ/平方）、高灵敏性（gauge factor = 7-173）以及较宽传感范围（高达40%应变）。同时，这种材料还展现出卓越的可拉伸性和可弯曲性，弯曲93°对其性能基本无影响，耐拉伸形变可高达150%，能够耐受高达5000次的循环拉伸试验。此外，研究人员在多孔PDMS表面沉积银纳米线和喷金构筑AgNWpPDMS和AuTFpPDMS柔性电子器件，与RGO/pPDMS(6C)性能进行对比，测试结果表明石墨烯基柔性电子器件性能更为优异。

RGO层数对器件性能影响及器件的可拉伸性能测试。

最后研究人员对器件的实际应用性能和稳定性进行了系统的测试。研究团队通过将RGO/pPDMS(6C)柔性石墨烯基电器件植入老鼠背部进行组织学分析应用测试。在无湿凝胶辅助情况下，还是用这种材料对人体进行了动态心电图（ECG）、脑电图（EEG）、肌电图（EMG）、包括膝部/指部等应变较大部分的一系列传感应用测试。结果表明该柔性应变（应力）器件与人体皮肤具有较好的共性接触性能，拉伸形变40%仍具有较高的灵敏度（gauge factor = 7-173），同时器件具有优异的性能稳定性。

RGO/pPDMS柔性传感器件的应用测试。

该研究通过在多孔PDMS表面构筑RGO膜层简便构筑了具有高灵敏度、多功能性和优异生物相容性的柔性电子传感器件。该柔性电子器件在人体各种生理体征的检测应用方面展现出优异的实用性，这无疑将进一步拓展石墨烯基材料的应用范围，更好的推动生物医学领域石墨烯从实验室走向工业化。基于其制备方法简便、成本较低，便于器件的大规模制备，该研究成果无疑将极大的推动新一代2D可穿戴柔性电子皮肤的发展。

来源：材料学