51、医疗与能源领域的两项前沿技术：石墨烯压力传感器与磺化五嵌段共聚物膜

医疗与能源领域的两项前沿技术：石墨烯压力传感器与磺化五嵌段共聚物膜

在当今科技飞速发展的时代，医疗设备和能源领域的技术创新备受关注。本文将深入探讨两项具有重要意义的技术：用于医疗设备的石墨烯压力传感器，以及用于质子交换膜燃料电池（PEMFC）的磺化五嵌段共聚物（sPBC）膜。

1. 用于医疗设备的石墨烯压力传感器

1.1 引言

石墨烯因其独特的性能，如高强度、柔韧性、透明度和生物相容性，成为医疗设备压力传感器制造的理想材料。在生物医学领域，石墨烯压力传感器可用于测量血压、呼吸流量和触觉感应等。本文采用压阻传感技术，利用石墨烯作为惠斯通电桥配置中的传感材料，将物理量转换为电信号。通过对模型进行不同参数扫描模拟，选择传感元件和隔膜的最佳尺寸，以实现最大灵敏度。

1.2 建模与有限元分析

压力传感器的主要功能部件是隔膜，其尺寸对确定正确的应力产生区域至关重要。使用 COMSOL Multiphysics 模拟石墨烯压力传感器模型，桥接配置一端施加 3.3V 电位，另一端接地。在设计传感器几何形状时，不同工作平面之间提供适当的绝缘。传感器尺寸为 4mm×4mm，硅作为衬底材料，金和锡的组合用于制作测量输出电压的接触点。建模时采用的不同材料属性值如下表所示：
| 材料 | 属性 | 值 | 单位 |
| — | — | — | — |
| 石墨烯（压阻器） | 杨氏模量 | 1.0 | T Pa |
| | 泊松比 | 0.17 | 无单位 |
| | 电导率 | 102 | S/m |
| | 热导率 | 5000 | Wm - 1 K - 1 |
| | 密度 | 20