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本文亮點

圖1. 選擇性轉換ZnO納米粒子（NP）輔助激光誘導石墨烯（LIG）。（a） 通過波長為10.6μm的CO2激光照射制備選擇性ZnO NP輔助LIG的工藝。（b） LIG的示意圖和照片被選擇性地轉化為大學標志圖案形狀。經北海道大學2024許可轉載。（c） ZnO NP輔助選擇性圖案化LIG的光學圖像。（d） 有和沒有ZnO NP的LIG的拉曼光譜。（e） 能量色散X射線光譜圖圖像顯示了選擇性轉換LIG中的碳、氧和鋅分布；比例尺，50 μm。（f） 在不同的ZnO NP直徑和不同的旋涂速度（即ZnO NP厚度）下，將每個樣品轉化為LIG所需的臨界通量（?crit）。（g） ?涂有各種平均直徑（25和200 nm）的ZnO NP且不含ZnO的PI轉化為LIG所需的臨界值；?crit繪制在左側y軸上，ZnO厚度繪制在右側y軸上。（h） 紅外攝像頭圖像。（i） 溫度隨時間變化，用50 mW激光照射到基板上的單個點上，在聚酰亞胺（PI）上以500 rpm涂覆和不涂覆ZnO NP（平均直徑25 nm）。

圖2. 紫外線（UV）和彎曲應變傳感器。（a） 單面UV傳感器（傳感器1）和另一側彎曲應變傳感器（傳感器2）的雙面傳感器的制造工藝。（b） ZnO納米粒子（NP）紫外光電探測器的光學顯微鏡圖像。（c） 在黑暗條件下和1000 μW/cm²紫外線照射下記錄的電流-電壓曲線。（d） ZnO NP光電探測器在+10 V偏壓下1000 μW/cm²紫外輻照度下的實時光響應。（e） 傳感器在不同紫外線強度下的響應。（f） 彎曲應變傳感器LIG形成過程中50、100和200 μm激光掃描間隔的光學顯微鏡圖像。（g） 在有和沒有ZnO NP的情況下，以及在不同激光掃描間隔下，應變下電阻變化率（ΔR/R0）值的比較；粗線表示彎曲值，細線表示釋放值。（h） 連續應變作用下的實時響應。（i） 應變傳感器在0.32%應變范圍內進行了2000多次循環的長期循環測試。插圖突出顯示了傳感器在測量開始和結束時的響應。（j） 本研究與先前研究中報告的傳感器之間的靈敏度和應變范圍的比較。

圖3. 可拉伸激光誘導石墨烯（LIG）應變傳感器。（a） 可拉伸LIG應變傳感器的制造工藝。（b） 剝離嵌入LIG層的聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜的照片。（c）LIG-PDMS和聚酰亞胺（PI）薄膜上殘留LIG的拉曼光譜，有和沒有ZnO納米粒子（NP）。（d） 在有和沒有ZnO NP的情況下轉移到PDMS的LIG結構的掃描電鏡圖像。（e） LIG可拉伸染色傳感器。（f） 電阻變化率（ΔR/R0）是有和沒有ZnO NP和不同方向的傳感器施加應變的函數：沿激光掃描方向在垂直和平行應變方向上涂覆ZnO NP的PI薄膜，在垂直方向上沒有ZnO NP的LIG。（g） 不同菌株應用下的實時監測。（h） 在各種循環應變的應用下進行實時監測。（i） 本研究和現有研究對可拉伸應變傳感器的測量因子和應用應變進行了基準比較。（j）在4%應變下進行長達2000次循環的長期循環試驗。插圖突出顯示了傳感器在測量開始和結束時的響應。（k） 可拉伸應變傳感器的響應和恢復時間。

圖4. 雙面集成紫外線（UV）和彎曲應變傳感器。（a） 電阻變化率（ΔR/R0）是使用彎曲應變傳感器測量的壓縮彎曲應變的函數。（b） ΔR/R0是使用紫外光電探測器測量的各種紫外強度下應變的函數。（c） 在+10V偏壓下，傳感器在不同紫外線強度下的紫外線響應。（d） 雙面集成傳感器的照片；一側的UV傳感器和另一側的彎曲應變傳感器。（e） 雙面傳感器片在紫外線和彎曲應變應用下的電阻實時變化，并對紫外線響應進行數據補償。

圖5. 跑步姿勢監測。（a）腳上傳感器的照片。（b） 兩種跑步姿勢的照片：前腳觸地和腳跟觸地。三個傳感器在（c）前腳觸地跑和（d）腳跟觸地跑過程中的實時阻力變化率。基于跑步過程中（e）前腳觸地和（f）腳跟觸地三個傳感器實時數據的動畫。