近日，清華大學朱宏偉教授團隊和北京華大智寶電子系統(tǒng)有限公司合作開發(fā)出石墨烯溫度流量一體化傳感器件。他們針對熱力系統(tǒng)檢測用流量、溫度傳感器的應用需求，通過對石墨烯傳感的作用與規(guī)律研究，突破石墨烯材料在熱量表流量計應用的關鍵技術，開發(fā)熱力系統(tǒng)檢測用石墨烯流量、溫度傳感器件，解決了現(xiàn)有傳感器表面結垢、功耗高等問題，形成了批量制備能力，有望在熱力系統(tǒng)進行規(guī)模應用。
該團隊完成了石墨烯晶片形狀、尺寸、表/界面狀態(tài)對傳感性能調制研究，通過基于石墨稀材料的傳感工藝結構設計，開發(fā)了大量程、高精度的流量、溫度傳感器。流量傳感器元件測量范圍達到0.01~6m3/h，測量精度達到0.005m3/h；溫度傳感器元件測量范圍達到0~100℃，測量精度達到0.02℃。
在石墨烯流量、溫度傳感材料基礎上，同時開展了兩項拓展研究：1）提出了一種實現(xiàn)高靈敏柔性應變傳感的新思路，通過石墨烯與超彈超薄高分子材料復合構建了一類基于柔性傳感器原型器件，開發(fā)了面向可穿戴裝備的傳感器的制造方法和工藝，在應變、壓阻、扭轉、揮發(fā)性有機物、聲波等幾個典型傳感應用上進行了探索，并可探測脈搏、語音等微弱生理信號，有望應用于移動醫(yī)療、可穿戴式設備等領域；2）研究了水在石墨烯層片孔中的擴散特性，開發(fā)了一種同位素標記法，揭示了水分子在石墨烯中的擴散系數(shù)比微孔濾膜中微米尺寸通道的擴散系數(shù)高4~5個數(shù)量級，證明了水分子可超快速傳輸，為基于石墨烯的傳質特性研究奠定了基礎，并在快速過濾與分離領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。
相關研發(fā)成果已發(fā)表SCI收錄論文15篇，申請國家發(fā)明專利5項，獲授權實用新型專利1項。所制備的六種傳感器發(fā)表在ACSNano、Adv.Funct.Mater.、Small、NanoRes.、Appl.Phys.Lett.、Chem.Commun.等期刊上，并被學術媒體Nanowerk、Graphene-Info和MaterialsViewsWiley做為研究亮點報道，被評價為“…全新的傳感機制、石墨烯的高性能應用…”，“石墨烯的機電效應結合其它特性…促進了在高靈敏傳感中的應用，…這些傳感器的潛在用途包括柔性顯示、智能服裝、電子皮膚、體外診斷等，在可穿戴健康檢測類設備上有較大的應用空間”。
