清華大學(xué)微電子系任天令教授團(tuán)隊(duì)在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·納米》(ACS Nano)上發(fā)表了題為《仿生針刺隨機(jī)分布結(jié)構(gòu)的高靈敏度和寬線性范圍石墨烯壓力傳感器》(Epidermis Microstructure Inspired Graphene Pressure Sensor with Random Distributed Spinosum for High Sensitivity and Large Linearity)的研究成果，由人體皮膚感知微結(jié)構(gòu)出發(fā)提出相似的仿生結(jié)構(gòu)，通過(guò)微結(jié)構(gòu)和分布模式的結(jié)合解決了靈敏度和線性范圍之間的矛盾，為力學(xué)器件性能的綜合提升提供了一種全新的思路。

近年來(lái)，柔性力學(xué)微納傳感器特別是在人體生理信息監(jiān)測(cè)和檢測(cè)方面成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，同時(shí)也有大量相關(guān)產(chǎn)業(yè)公司相繼成立。相比于傳統(tǒng)的硅基器件，由于具有舒適性、貼合性和可穿戴性等方面的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于人體物理和化學(xué)活動(dòng)的監(jiān)測(cè)，但作為力學(xué)器件的兩個(gè)重要指標(biāo)靈敏度和線性度之間的矛盾一直未能得到很好的解決。通常制備出的器件都需要以犧牲一個(gè)指標(biāo)而為提升另一個(gè)指標(biāo)服務(wù)，這往往限制了其實(shí)際應(yīng)用的范圍，解決這一矛盾成研究難點(diǎn)。

基于人體皮膚，特別是指尖對(duì)于不同大小應(yīng)力的高靈敏響應(yīng)特點(diǎn)，根據(jù)對(duì)其微結(jié)構(gòu)的研究提出了相似結(jié)構(gòu)的制備。通過(guò)砂紙作為模板倒模成型柔性的基底，利用氧化石墨烯在高溫下還原后作為力學(xué)敏感層，制備出具有針刺形貌和隨機(jī)分布的壓力傳感器。該傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)和低探測(cè)極限，實(shí)現(xiàn)了在更寬線性測(cè)量范圍的高靈敏度。其中針刺結(jié)構(gòu)之間接觸面積突變主要貢獻(xiàn)出高的靈敏度，隨機(jī)分布主要貢獻(xiàn)寬的線性范圍，通過(guò)兩者結(jié)合在很大程度上解決了這一對(duì)矛盾。

正是由于該傳感器高的靈敏度和寬線性范圍，課題組成功了應(yīng)用于對(duì)人體各種生理活動(dòng)的監(jiān)測(cè)，例如脈搏、呼吸和聲音識(shí)別，還實(shí)現(xiàn)對(duì)走、跑、跳等走路姿態(tài)的監(jiān)控，以及對(duì)走路步態(tài)的監(jiān)測(cè)。利用可穿戴的高性能力學(xué)傳感器對(duì)人體各種生理活動(dòng)參數(shù)的獲取將會(huì)在個(gè)人健康和醫(yī)療方面具有重要的實(shí)際意義，具有重大的應(yīng)用前景。

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來(lái)的材料。英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

石墨烯常見(jiàn)的粉體生產(chǎn)的方法為機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長(zhǎng)法，薄膜生產(chǎn)方法為化學(xué)氣相沉積法（CVD）。

隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐正在加快，基于已有的研究成果，先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域可能會(huì)是移動(dòng)設(shè)備、航空航天、新能源電池領(lǐng)域。

石墨烯對(duì)物理學(xué)基礎(chǔ)研究有著特殊意義，它使得一些此前只能在理論上進(jìn)行論證的量子效應(yīng)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)經(jīng)行驗(yàn)證。在二維的石墨烯中，電子的質(zhì)量仿佛是不存在的，這種性質(zhì)使石墨烯成為了一種罕見(jiàn)的可用于研究相對(duì)論量子力學(xué)的凝聚態(tài)物質(zhì)——因?yàn)闊o(wú)質(zhì)量的粒子必須以光速運(yùn)動(dòng)，從而必須用相對(duì)論量子力學(xué)來(lái)描述，這為理論物理學(xué)家們提供了一個(gè)嶄新的研究方向：一些原來(lái)需要在巨型粒子加速器中進(jìn)行的試驗(yàn)，可以在小型實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用石墨烯進(jìn)行。

零能隙的半導(dǎo)體主要是單層石墨烯，這種電子結(jié)構(gòu)會(huì)嚴(yán)重影響到氣體分子在其表面上的作用。單層石墨烯較體相石墨表面反應(yīng)活性增強(qiáng)的功能是由石墨烯的氫化反應(yīng)和氧化反應(yīng)結(jié)果顯示出來(lái)的，說(shuō)明石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以調(diào)變其表面的活性。另外，石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以通過(guò)氣體分子吸附的誘導(dǎo)而發(fā)生相應(yīng)的變化，其不但對(duì)載流子的濃度進(jìn)行改變，同時(shí)可以摻雜不同的石墨烯。