电子皮肤是一种重要的生物医学传感器，要求器件拥有好的柔韧性和可伸缩性、高灵敏度、好的贴合度和舒适度。石墨烯由于其出色的导电性和柔韧性，是电子皮肤的理想材料。但是将石墨烯更加舒适、美观、稳定、可靠地贴合在皮肤表面，从而采集各种生理信号仍然是一个亟待解决的问题。记者从清华大学获悉，清华大学微纳电子系任天令教授团队日前研发出多层石墨烯表皮电子皮肤，该器件具有极高的灵敏度，可以直接贴覆在皮肤上用于探测呼吸、心率、发声等，在运动监测、睡眠监测、生物医疗等方面具有重大应用前景。

这一成果近日在纳米领域著名期刊《美国化学学会纳米》（ACS Nano）上发表了题为《多层石墨烯表皮电子皮肤》（“Multilayer Graphene Epidermal Electronic Skin”）的研究论文。

“石墨烯由于其出色的导电性和柔韧性，是电子皮肤的理想材料。但是将石墨烯更加舒适、美观、稳定、可靠地贴合在皮肤表面，从而采集人体各种生理信号一直是一个亟待解决的关键问题。”任天令解释。

任天令教授团队基于激光还原石墨烯，将石墨烯与纹身相结合，模仿了电子皮肤的功能。可以通过电阻变化对皮肤表面的微小形变进行监测。在图形化的过程中，团队在国际上首创了湿法剥离氧化石墨烯的新工艺，去除石墨烯氧化物，只留存石墨烯，使得器件更加美观，灵敏度更高，耐受更高的温度。该项技术采用水转工艺，衬底超薄，没有穿戴不适感。此外，由于激光直写可编程的优势，石墨烯的图案可以进行个性化设计。除了测量皮肤表面的拉伸与压缩，这种石墨烯的纹身还可以利用牺牲层工艺转移到多种衬底上，例如树叶，丝绸等等。通过贴附在口罩、手腕、喉咙、人中等多个位置分别实现对呼吸，心跳，语音等人体信号的测量。测试者佩戴时并不会影响正常活动。器件在睡眠呼吸、语音等多方面的应用潜力，未来如果普及可以让人们随时随地了解自己身体状况。

通过对于激光直写石墨烯围观纹路的观察与分析，任天令教授团队建立了以石墨烯条带为基元的裂痕理论模型，较好地模拟了应力引起的阻值变化过程。“多层石墨烯表皮电子皮肤可以通过电阻变化实现对皮肤表面的微小形变等的监测，通过贴附在口罩、手腕、喉咙等多个位置分别实现对呼吸、心跳、语音等生理体征信号的测量。”任天令说。

近年来，任天令教授致力于石墨烯器件的基础研究和实用化应用的探索，尤其关注研究突破传统器件限制的新型微纳电子器件，在新型石墨烯声学器件和各类传感器件方面已获得了多项创新成果，如柔性石墨烯发声器件、新型石墨烯阻变存储器、光谱可调的石墨烯发光器件、石墨烯仿生突触器件、可调石墨烯应力传感器、仿生石墨烯压力传感器、极低功耗石墨烯钙钛矿阻变存储器等相关成果，有多篇论文发表于《自然通讯》（Nature Communications）《先进材料》（Advanced Materials）《纳米快报》（Nano Letters）《美国化学学会纳米》（ACS Nano）等国际著名期刊。

来源：清华大学