4月13日下午，山东第一医科大学医学人工智能与大数据学院“智能医学讲堂”第二讲如约而至，重庆大学特聘研究员、博士生导师，“重庆英才”青年拔尖人才，电气工程学院能源互联网及智能装备协同创新中心副主任陶璐琪，受邀作了题为《基于还原法石墨烯的新型柔性器件研究》的专题报告，分享他在石墨烯材料及其器件技术领域的研究进展和成果。

石墨烯是目前世界上已知最薄、最坚硬、导电性和导热性最好的材料，“多才多艺”的性质使得石墨烯有着广阔的应用前景，例如运用在发热器件上，可大幅度提高其散热性能；用石墨烯作为导电添加剂，可以显著提高锂电池的充电速度和综合性能。所以人们称它为“会改变世界的材料”。

石墨烯材料具有优异的电学、力学、热学等性质，自发现以来引起国内外学术界和产业界的广泛关注，陶璐琪及其团队在石墨烯材料和器件技术方面开展了一系列研究，并积极探索其在可穿戴、医疗健康等领域的可能应用。

一、石墨烯电子皮肤器件”——健康监控自预警一体化

随着科技进步和社会发展，人们的健康问题受到越来越多的关注，各类疾病如心血管疾病、睡眠呼吸暂停综合征等死亡率高居不下，其中的一个主要原因是，病情出现后缺乏及时的预警，致使病人无法采取有效的预防手段，进而导致错过最佳治疗时机。健康实时监控和预警成为国内外学者的研究热点。

现有健康检测预警系统往往需要通过蓝牙、WIFI、ZIGBEE等无线传输技术，将传感器数据发送至移动设备端，由移动设备进行报警，一旦脱离移动设备，这些传感器便无法单独预警；此外，由于监控预警系统多由传感器和报警部件（蜂鸣器、振动马达等）串联而成，整个系统的可靠性等于传感器部件可靠性与报警部件可靠性的乘积，任何一个环节的故障均会导致整个预警系统的失效，因此多部件串联会大大影响系统可靠性。

近年来，纳米材料的高速发展为健康监测提供了新的技术手段，石墨烯、碳纳米管等材料被广泛应用于心率、呼吸等健康参数的监测。然而现有监测技术主要通过电阻或电容等电学信号的变化来反应力学信号的变化，虽然其灵敏度很高，但仍需要借助外部设备而无法实现自身报警。因此，开发一款集检测和报警功能于一体的电子器件，是一项极具启发性和挑战性的工作。

陶璐琪教授团队利用激光直写技术将聚酰亚胺还原成多孔石墨烯材料，基于其多孔特性，该器件一方面能够通过力敏特性感知呼吸、脉搏等生理信号；另一方面还可以通过自身的热声效应发出报警声音。通过优化不同图案（正方形、锯齿形和窗户形）以实现兼顾多孔石墨烯的机械性能和声学性能，提出一种监控预警于一体的新型电子器件。其中百叶窗形电子皮肤的最高灵敏度（GF）可达316.3，这表明它对监测微弱的生理信号具有极高的灵敏度；此外，其能够在200Hz到20kHz的宽带频率下发出声音，在监测到呼吸中断时会发出高频声音报警。

得益于其良好的力敏探测和发声报警能力，石墨烯电子皮肤器件可以广泛应用于心血管疾病、睡眠呼吸暂停等疾病的健康监测和预警。此外，该方法将检测和报警功能集成在一个器件中，大大提高了系统的可靠性，为传感器的多功能集成开辟了一条新的途径（见下图）。

二、石墨烯化身“传声筒”——人工喉辅助聋哑人“发声”

陶璐琪教授团队利用多孔石墨烯材料的优势，研发出一种收发同体、适合穿戴的集成声学器件。这种集成声学器件，利用石墨烯的热声效应来发射声音，利用石墨烯的压阻效应来接收声音，实现了单器件的声音收发同体。器件使用的多孔石墨烯材料具有高热导率和低热容率的特点，能够通过热声效应发出100Hz-40kHz的宽频谱声音。其多孔结构对压力也极为敏感，能够感知发声时喉咙处的微弱振动，通过压阻效应接收声音信号。因此，这种器件能够准确感知聋哑人低吟、尖叫等特殊声音，并将这种“无含义声音”转换为频率、强度可控的声音，有望在将来转换为预先录制的语言。

当“人工喉”佩戴者大声发出低吟时，人工喉会感知喉咙振动状态并发出预先设定的声音，当佩戴者变换低吟的长短、声调时，人工喉发出的声音也会随之发生明显变化（见下图）。

声音收发一体化 检测喉咙震动、并转变为可控声音

报告结束后，陶璐琪教授针对石墨烯柔性器件在医药卫生领域的推广应用与听众进行了学术交流。通过交流，大家加深了对石墨烯材料的认识，受到有益启发。