压力传感器被广泛应用于可穿戴电子产品中，用于监测日常运动或医疗信息。具体而言，便携式足底压力检测技术在可穿戴电子领域具有重要的应用价值，在客户级应用中可以丰富步态信息，在医学级检测中可以提高动态精度。然而，最近报道的压力传感器由于工作范围有限，难以满足高分辨率足底压力检测的要求：站立状态下足底某些位置的压力可能超过300kpa，更不用说行走和跑步状态下的压力了。
为了满足足底压力检测的迫切需求，本文电子科技大学电子科学与工程学院贾春阳教授团队在《ACS Appl. Electron. Mater》期刊发表名为“Sponge Graphene Aerogel Pressure Sensors with an Extremely Wide Operation Range for Human Recognition and Motion Detection”的论文，研究介绍了一种无框架自组装海绵状结构石墨烯气凝胶，并进一步研制了一种高性能的压力传感器。甘油修饰的海藻酸钠/石墨烯水凝胶冻干后的气凝胶呈现海绵状结构，有助于现有压力传感器实现高灵敏度、低检测限、高耐久性和快速响应时间的高达1000 kPa的极宽工作范围。基于压力传感器的优异性能，设计了一种高置信度便携式足底压力相位监测系统。该系统可以为不同的测试者提供令人印象深刻的足底压力信息，检测不同的日常运动状态，甚至对可能的打滑进行预警。
图1.（a）SGA的制造示意图，插图显示了SGA的DFT结果。（b–d）（b）中的SGA的SEM图像，（c）6x和（d）30x的放大图像。（e）DFT优化的结构，用于比较甘油与海藻酸钙和水与海藻酸钙之间的氢键相互作用。
图2.（a）SGAPS的压力-ΔR/ R曲线。
（b）SGAPS的压力-ΔR/ R曲线的滞后。
（c）SGAPS的响应时间和恢复时间。
（d）检测极限低的SGAPS，可检测水滴。
（e）不同重复压力的响应曲线。
（f）1000 kPa装卸的4000个循环的响应曲线。
（g）不同压力下SGA内部结构变化的示意图。
图3.（a） 在鞋垫上放置四个SGAPSs，分别对应于第一个脚趾（红色圆圈）、第一个跖骨（绿色圆圈）、第五个跖骨（洋红色圆圈）和脚跟（橙色圆圈）。（b） 四个SGAP连接到控制电路板。（c） 四个鞋垫放在鞋垫上，放在鞋子里。（d） PPP监控系统检测一步行走的压力信息。（e） PPP系统的系统级块。
图4.（a） 三名志愿者在散步时挥手致意。（b） 三个志愿者在奔跑中挥手致意。（c–f）当（c）上楼，（d）下楼，（e）向后滑动和（f）向前滑动时，T1的PPP波动。这些图中的彩色曲线对应于第一脚趾（红色）、第一跖骨（绿色）、第五跖骨（品红）和脚跟（橙色）。
总之，甘油修饰的海藻酸钙rGO水凝胶膜冻干后的SGA呈现有序的海绵结构，有助于高性能SGAPS的组装。具体而言，SGAPS的工作范围非常宽，最高可达1000 kPa，灵敏度高达5 kPa–1，快速响应时间约为8 ms，以及4000次全范围加载-卸载循环的出色耐久性。进一步开发的基于SGAPS的PPP监测系统在诊断马蹄内翻足或扁平足、识别不同佩戴者、检测日常运动等方面具有很高的医学水平，显示了良好的应用前景。
文献：
文章来源：材料分析与应用
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