图1 柔性LIG温度传感器的蛇形结构设计
Fig.1 Design diagram of the serpentine structure of a flexible LIG temperature sensor
摘要 体温是人体健康状况的重要指标，柔性温度传感器可以实现长期、远程、实时的体温监测，对于老龄化人口家庭床边监测与疾病早期预警具有重要意义。该文提出一种在聚酰亚胺（PI）薄膜上通过激光直写一步制备三维多孔石墨烯，并同步实现图案化柔性温度传感器的高精度组装方法。该传感器基于蛇形几何结构设计，可以有效抑制弯曲形变的干扰，与人体皮肤共形贴附；疏水二氧化硅封装层的引入能够有效隔绝环境高湿度的影响，并且没有牺牲温度传感性能。该温度传感器具有高灵敏度（TCR=−6.534×10-4/℃）、0.991 84的拟合优度、宽检测范围（25～75℃）、高分辨率（0.1℃）和良好的稳定性。采用粘合剂可以与日常生活用品（例如口罩和创可贴）便携集成，实现呼吸频率、体温的实时监测，并通过关节部位体温检测，实现骨关节炎的早期预警，在健康管理与疾病预警方面具有重要应用潜力。
关键词：激光诱导石墨烯 柔性温度传感器 蛇形结构设计 超疏水 体温监测
随着科学技术的不断进步，可穿戴电子器件在众多领域蓬勃发展，尤其是在健康监测和医疗改善领域[1]。体温是除了心率、血压和呼吸频率外的另一项重要指标，经常被用于评估医学上的健康状况，而人体皮肤是人类接收外界信息与环境交流的重要器官，从皮肤中测温是获取温度的最有效途径[2]。因此，实时监测人体体温对于管理医疗保健和许多医学领域的热状态具有极其重要的意义。
温度传感器能实时监测人体体温，实现了在疾病患发早期就能得到准确信息并且采取一定措施，达到对相关疾病预防的目的。而具有高灵敏度、响应速度快和高分辨率特点的柔性温度传感器作为可延展器件家族中的核心成员[3-5]，已经在监测方面有了很大进展。可穿戴温度传感器件的作用就是捕捉到人体皮肤信息，达到实时监控的目的。这就要求长时间佩戴的可穿戴传感器件必须与皮肤有良好的贴合性并具备舒适性。近年来，科研人员对柔性温度传感器进行了研究，传统的温度传感器采用银、铝[6]等金属做传感层材料，刚性较大，所占空间大，不易贴敷在人体表面，应用范围比较局限。
随着科学技术的发展，薄膜传感器的出现改变了这一局面。薄膜传感器由柔性传感层和柔性基底构成[7-8]，聚酰亚胺（Polyimide, PI）薄膜[9-10]和聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane, PDMS）[11-12]等是柔性、低成本材料，常常作为基底材料。由于人体平均温度为36.5℃，正常上限为38.0℃[13]。高温或低温会影响体内酶的活性，从而影响人体新陈代谢的正常运行，导致各种细胞、组织和器官的紊乱，严重时会导致死亡[14]。这就要求传感器的核心传感层材料需要具备柔韧性、高灵敏性及在人体体温范围内的良好稳定性。碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNT）[15-16]、石墨烯[17-22]、石墨等碳基材料因其优异的电学、物理、热力学和化学性能被广泛应用于柔性温度传感器的研究。
密歇根大学开发了一种基于全印刷碳纳米管的负温度系数热敏电阻器[23]。多层热敏电阻使用附加印刷制造工艺在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Terephthalate, PET）基板上制造，利用丝网印刷工艺印刷两个银电极，通过凹版印刷沉积CNT的活性层，再沉积有机物和银封装层。S. Sarma等[24]利用化学气相沉积CNT膜作为硅衬底上的传感元件，以类金刚石碳-镍作为催化剂辅助CNT生长，制备了一种高效的薄膜温度传感器，当温度从22℃升高到200℃时，传感器电阻的相对线性变化为18.4%。尽管在先进材料、传感器制备工艺和传感性能提升方面取得了一定的进展，但是大部分研究仍然存在制备过程繁琐复杂、不能快速批量化制备、不能与皮肤保形接触以及线性度低等缺点，在实际应用过程中存在一定的局限。
为了解决以上问题，传感器可以采用可集成化、批量化、成熟的激光诱导石墨烯（Laser-Induced Graphene, LIG）[25-28]技术。该技术利用激光烧蚀原理在自然环境下将含碳前驱体碳化为多孔少层石墨烯结构，无需特殊气体/高温环境，无需添加任何化学剂处理，可以大规模批量化打印特定图案的传感器及电路等。LIG具有大比表面积、高通量、高导电性、精度高、成本低、制造工艺简单、易于实现批量生产[29]等优势。受自然界的生物结构启发，将传感器图案化或建立微观结构提升传感器感知功能[30]，例如具有章鱼足结构、蛇形的弯曲结构[31-32]以及一些节肢动物或哺乳动物的胡须状结构[33]。
本文通过激光写入和切割工艺制备了一种基于多孔石墨烯泡沫复合材料的柔性高性能温度传感器。该温度传感器的灵敏度为−6.534×10-4/℃，在宽温度范围内拟合优度为0.991 84，更具有0.1℃的分辨率和良好的稳定性。疏水二氧化硅（Hydrophobic fumed SiO2, Hf-SiO2）封装层的引入可以在不牺牲温度传感性能的前提下有效隔绝环境中的高湿度。该柔性温度传感器不仅可以集成到口罩中监测呼吸频率，还可以集成到创可贴内部实时监测人体温度变化。表面可通过激光切割和掩膜技术印刷不同图案的温控变色油墨，起到美化及预警作用。
基底材料选取50 μm的PI薄膜，购自苏州东轩塑料制品有限公司。水溶性胶带由上海永日胶粘剂有限公司提供。Hf-SiO2粉末购自江苏泰鹏金属材料有限公司。无水乙醇（分析纯）购自阿拉丁试剂有限公司。PDMS（Sylgard184硅橡胶）购自美国道康宁公司。导电银墨水（8821X）购自圣格鲁科技有限公司。导电铜片购自碧灵有限公司。
1.2.1 激光诱导石墨烯方法介绍
激光直写是在室温和常压条件下，不需任何催化剂和模板，一步将固态热塑性聚合物（如聚酰胺酰亚胺（Polyamide-Imide, PAI）、PI等）转化为三维多孔石墨烯泡沫的新兴技术。由于激光辐照含碳前驱体引起的光热效应，使得sp3杂化碳原子转化为 sp2杂化碳原子，C＝O和N－C键断裂，剩余的碳原子进行重组，生成高导电性的LIG。
通过调节激光的扫描方式（光栅和向量）和参数（激光功率、扫描速度、离焦距离、像素密度）能够调控石墨烯微观形貌及物理特性，从而优选出具有最佳传感性能的传感器。
其中，光栅扫描方式使用的是旋转的光栅，将激光束切成一束束平行的线，通过对激光束的调制和控制，实现对物质的雕刻和转化等功能。光栅扫描的优点是可以实现比较复杂的图案和文字，适合大面积的图案处理，且在扫描过程中不会产生位移。
向量扫描使用的是激光振镜，将激光束以高速在X轴和Y轴方向上快速移动，实现对物体的切割、雕刻和打标等功能。向量扫描的优点是扫描速度快、精度高，适用于线形图案和文字的雕刻和切割，并且可以实现非线性扫描，如螺旋线扫描等。
1.2.2 柔性温度传感器的结构设计
柔性可穿戴温度传感器的制备需要考虑到挤压折叠的要求，即贴合人体各处皮肤的曲线弧度，以确保传感器能够适应人体的曲线和动态变化。
传感器的结构设计遵循了折叠挤压方式要求，将传感器设计为弯曲的蛇形结构，如图1所示。蛇形结构线宽均为0.5 mm，传感区域长度为28.5 mm，宽度为5.5 mm。传感器灰色区域采用光栅法制备，用向量法沿黑色边界线将其切割下来。蛇形结构的设计保证了相对空间的大面积传感区及良好的抗弯曲性能，可以与人体皮肤共形贴附，确保传感器能够适应人体的曲线和动态变化。
图1 柔性LIG温度传感器的蛇形结构设计
Fig.1 Design diagram of the serpentine structure of a flexible LIG temperature sensor
1.2.3 柔性温度传感器的制备过程
本研究利用10.6 μm的CO2激光器对PI薄膜进行批量图案化制备，浸泡Hf-SiO2溶液得到LIG柔性温度传感器。传感器制备流程如图2a所示：将一块厚度为50 μm的PI薄膜通过水溶性胶带粘贴到载玻片上以提供加工过程中的处理刚性。用CO2激光器（最大功率为30 W，最大扫描速度为1 270 mm/s）对PI薄膜进行图案碳化处理。其中，传感器区域采用光栅法烧蚀（优选：激光功率为10.5%，扫描速度为10%），周围边界采用向量法切割（优选：激光功率为8%，扫描速度为10%）。将雕刻好的图案化LIG放置清水中3 h，待水溶胶失去粘性，得到独立的柔性温度传感器。再将两端方形电极区域涂覆银墨水，并粘贴导电铜片，连接导线，放置烘干箱中80℃烘干40 min。封装层选用Hf-SiO2材料，将Hf-SiO2纳米颗粒在无水乙醇中超声分散5 min，获得0.03 g/mL的Hf-SiO2悬浮液。将温度传感器放入Hf-SiO2悬浮液10 min，干燥5 min，制备了具有隔湿性能的柔性温度传感器，结构示意图如图2b所示。温度传感器可以实现一步批量化制备（见图3a），具有小型化且薄、轻的特点，长度约为30 mm，宽度约为5.5 mm，厚度约为60 μm，可以与皮肤共形贴附（见图3b）。
图2 柔性LIG温度传感器的制备流程及结构示意图
Fig.2 Preparation process and structural diagram of flexible LIG temperature sensor
图3 柔性LIG温度传感器阵列及与皮肤共形贴附的实物图
Fig.3 Physical image of the flexible LIG temperature sensor array and conformal attached skin
用扫描电子显微镜（Scanning Electron Micro-scope, SEM，Nova Nano SEM450）对LIG的形貌和组成进行了分析。在0.5 V的恒定电压下使用数字源表（Keithley 2400，Tektronix，USA）的两点测量来确定传感器的机电特性。面积20 mm×20 mm的Peltier元件购自中国深圳泰丰发电子有限公司。传感器的温度由红外相机（Ti32，Fluke, USA）测量。
扫描电子显微镜（SEM）是一种介于透射电子显微镜和光学显微镜之间的观察手段。其利用聚焦的高能电子束来扫描样品，通过光束与物质间的相互作用激发各种物理信息，对这些信息收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌表征的目的。通过SEM观察材料表面几何形貌、结构等，为研究样品形态结构提供了便利，有助于监控产品质量，改善工艺。
LIG作为一种三维传感材料，需要通过SEM表征观察表面微观形态来衡量质量好坏。图4展示了LIG在不同放大倍数下的SEM图像。其中，单位长度为500 μm的LIG表面SEM图像展现出沿激光划线方向有序形成的微结构。在图4中观察出大量三维堆叠排布的微米/纳米多孔结构（微米孔径约为10 μm，纳米孔径约为200 nm），这是激光高温碳化过程中气体产物大量释放的结果。
图4 柔性LIG温度传感器不同放大倍数下的SEM图像
Fig.4 SEM images of flexible LIG temperature sensors at different magnifications
2.2.1 温度传感性能测试平台搭建
为了研究温度传感器的温敏性能，将传感器贴在帕尔贴（Peltier）半导体热电模块表面，通过对Peltier模块两电极间施加不同直流电压使其表面温度发生变化，传感器感测温度变化来探究温敏性能，测试平台示意图如图5所示。Peltier模块主要工作原理为帕尔贴效应，即在电场的作用下，某些材料会出现温度差异，一侧的温度升高，而另一侧的温度降低。本研究的温度传感性能测试依靠Peltier模块提供的不同温度环境。
图5 温度传感器性能测试平台示意图
Fig.5 Schematic diagram of temperature sensor performance testing platform
2.2.2 温度传感器性能参数
对温度传感器的性能进行评估时，以下标准是主要的参考指标，这些指标能够反映出温度传感器的基本温敏性能。
1）连续性。连续性是传感器连续检测不同温度的稳定能力，也能够反映出传感器对不同温度的响应稳定性和分辨能力。
温度传感器的性能测试如图6所示。如图6a所示，对传感器在25～75℃（间隔5℃）进行了电阻值测试，该温度范围足以检测人体体温。可观察出，传感器初始电阻R0（即温度传感器在25℃参考温度下的电阻值，无外力作用）约为21.3 kΩ，在每段温度下都具有良好的稳定性，随着温度的增加电阻逐渐减小并保持均匀稳定的下降趋势。主要原因在于随着传感器温度的上升，夹层中电子-声子散射和电子的热速度增加，其导电性随之增加，故表现为电阻减小[26]。
图6 温度传感器的性能测试
Fig.6 Performance testing of temperature sensors
传感器的归一化电阻响应（电阻变化率）更具有普遍性，因此计算了传感器在25～75℃范围的实时连续电阻变化率响应，如图6b所示。这里，归一化电阻定义为∆R/R0=(R−R0)/R0，（R≥R0，R0＞0），其中，R为不同工作温度（≥25℃）下的实时电阻（Ω），R0为25℃参考温度下的电阻（Ω），∆R即R−R0为对传感器施加不同温度后的电阻变化值（Ω）。
2）灵敏度。传感器的灵敏度是衡量其工作性能的一个重要指标，通常采用电阻温度系数（Temperature Coefficient of Resistance, TCR）反映传感器对环境响应的能力。TCR是将电阻变化定义为环境温度的函数，表示当温度改变1℃时电阻值的相对变化，单位为1/℃。这里的温度系数TCR定义为
（1）
式中，R≥R0，R0＞0，T≥T0；R为工作温度下的电阻（Ω）；T0为室温（℃），这里取T0=25℃；T为工作温度（℃），该实验选取≥25℃。
该传感器的电阻变化率∆R/R0具有稳定的线性递减的特性。因此，将传感器按照图6b的实验重复5组，得到的数据计算平均值及误差，绘制了归一化电阻响应随温度变化曲线（灵敏度曲线），通过软件拟合得到拟合数据，表现出负温度系数（TCR= −6.534×10-4/℃）和0.991 84的高拟合优度，如图6c所示。多孔石墨烯泡沫中的电子-声子散射改变了导电通路，从而改变了传感器的电阻，并产生负电阻温度系数。图6d为30～40℃（人体体温变化范围）的放大图，显示出传感器的误差较小。
3）重复性。对温度传感器而言，重复性表示在相同测试条件下对目标温度进行重复检测时的结果差异程度。传感器对同一温度的响应差异越小，代表传感器的重复性越好，传感器对温度检测越精确；反之亦然。
为了验证所提出的温度传感器的重复性，选取接近人体体温变化范围的温度值即30～40℃之间波动11次，如图6e所示。电阻变化率-时间曲线表明传感器重复性优异，10次以上测量均表现出相对稳定的响应，为长期连续/循环的体温、呼吸监测提供了基础保障。
4）分辨率。分辨率作为衡量温度传感器实用性的关键指标，是传感器对最低温度变化检测的能力，表现出传感器最小辨别能力。
对温度传感器进行小温度梯度变化测试。选取36.0～36.6℃区间，间隔0.1℃，如图6f所示。以36℃为初始温度，对传感器依次加热-冷却，得到电阻变化率随时间变化的曲线，表明高分辨率的温度传感器可以准确地检测到微弱温度的周期性温度变化，证明该传感器具有优于0.1℃的分辨率。
2.3.1 弯曲变形对传感器影响
人体没有绝对平坦的区域，是由各种不同曲度的皮肤组成，可穿戴传感器应具备针对不同位置的皮肤共形贴合且不影响传感性能的能力。因此，本文进行不同弯曲变形下传感器温度性能影响测试。弯曲变形对传感器温度性能的影响如图7所示。弯曲半径即曲率半径，将传感器贴合于不同曲率半径的圆柱形水杯上（见图7a），再向水杯中注入不同温度的水，测试传感器不同曲率半径对温度性能的影响。
图7 弯曲变形对传感器温度性能的影响
Fig.7 Influence of bending deformation on temperature performance of sensor
选取曲率半径为5、15、25、35、45 mm的水杯，将传感器分别贴合到杯子外壁，控制杯中水温度分别为25、30、35、40℃，测量对应温度下的电阻，并计算电阻变化率得到图7b的三维柱状图和折线图。三维柱状图中圆柱体在同一弯曲半径不同温度下呈线性趋势，在不同弯曲半径同一温度下高度基本一致；折线图中曲线基本重合，偏差较小。说明该温度传感器在不同弯曲程度下的灵敏度基本一致，弯曲形变对传感温度性能影响可以忽略不计。
2.3.2 湿度对传感器影响
由于来自身体的水分（汗液或呼出气）和日常生活中的环境条件可能会影响传感器的温度值测量，导致温度的定量信息可能不够精确。因此，对温度传感器进一步隔绝湿度处理具有重要研究意义。一般情况下，基于电阻的传感器同时也是湿度依赖的，对于温度传感器而言需要评估相对湿度（Relative Humidity, RH）对其温度性能的影响。RH表示空气中的绝对湿度与同温度和气压下的饱和绝对湿度的比值，也就是指某湿空气中所含水蒸气的质量与同温度和气压下饱和空气中所含水蒸气的质量之比。
Hf-SiO2封装层对温度传感器的影响如图8所示。本研究选用低成本的Hf-SiO2粉末，采用简单的浸泡干燥法制备隔湿的温度传感器。如图8a所示，LIG温度传感器在不同湿度（RH50%，RH70%，RH90%，初始环境RH30%）下的电阻变化率响应曲线表明湿度对传感器的影响与温度的趋势一致，呈现负湿度系数，湿度越大电阻变化率响应越明显。而同样湿度条件下，具有隔湿封装层的Hf-SiO2/LIG温度传感器对湿度响应曲线近乎直线。Hf-SiO2/LIG温度传感器对高湿度的突出抗性得益于Hf-SiO2的纳米级尺寸[34]，致密的Hf-SiO2纳米颗粒可以很容易地进入多孔LIG之间的缝隙，在LIG表面形成致密的隔湿保护层（见图2b放大图），从而隔绝外界水分子。同时，具有Hf-SiO2隔湿层的传感器与LIG传感器在不同温度下的响应曲线基本重合，如图8b所示，说明Hf-SiO2封装层不仅可有效隔绝湿度，而且不会牺牲温度传感器灵敏度性能。
图8 Hf-SiO2封装层对温度传感器的影响
Fig.8 The influence of Hf-SiO2 packaging layer on temperature sensors
呼吸频率是一项重要的生命体征，包含着许多人体生理信息，呼吸状况检测有助于心肺疾病的诊断。呼出气湿度一般不高于80%，而呼出气温度约为37℃。由于温度传感器良好的抗弯曲形变和隔湿能力，使用Hf-SiO2封装层的温度传感器监测呼吸频率可以不考虑形变及湿度带来的影响。
将蛇形温度传感器通过PDMS等粘合剂集成到口罩内部监测不同状态下的呼吸频率。温度传感器的呼吸监测应用如图9所示。图9a为呼吸监测口罩实物照片展示，蛇形传感器轻薄可变形，因此不会影响穿戴舒适性。受试者（成年健康女性）佩戴呼吸监测口罩，分别进行正常呼吸和深呼吸，传感器响应曲线如图9b所示。清楚地观察到，当受试者开始呼气和吸气时，可以监测到相对电阻变化减小和增加的总体趋势，随着呼吸加深，电阻变化率加强。通过计算可得正常呼吸频率约为19次/min，深呼吸频率约为12次/ min，与实际相符。
图9 温度传感器的呼吸监测应用
Fig.9 Application of temperature sensor in respiratory monitoring
创可贴是人们日常生活中必不可少的用品之一，本研究将柔性温度传感器集成到创可贴内部（见图10a），贴附到皮肤任意位置用来监测人体体温变化。如图10b实物照片所示，为了增加温度创可贴的美观度及应用性，采用激光切割和掩膜技术印刷任意定制图案（本文设计了“温度计”图案）的温控变色油墨（当温度超过38℃时由橙色变成黄色），起到美观及预警作用。
图10 体温监测创可贴用于人体皮肤温度监测
Fig.10 Body temperature monitoring bandage for monitoring human skin temperature
将可穿戴体温监测创可贴固定到受试者手臂上，以监测皮肤上的局部温度变化，如图10c所示，其中左图为传感器电阻变化率曲线，依据传感器的灵敏度得到右图相应温度随时间变化曲线。当受试者在正常状态下，皮肤温度被记录下来（见图10c中0～200 s），表现为36.8℃（红外摄像机拍下的温度36.9℃）。利用外界温度刺激使皮肤表面温度升高到38.4℃来模拟异常高温。由于传感器具有负温度系数，所以温度变化曲线迅速上升（见图10c右图），与传感器电阻变化率曲线（见图10c左图）刚好相反。传感器记录的电阻变化响应（200～400 s）与红外热像仪所测得温度基本一致，表明温度创可贴在实际应用中的准确性。
腋下温度是人体较准确的体温，也是医学上重点检测的皮肤温度，但是大部分温度传感器不具备高度柔性的特点，仅局限于皮肤相对平滑区域的监测。本研究的蛇形温度传感器具有抗弯曲特性，可应用于腋下温度检测，如图10d所示。传感器检测到受试者腋下温度在36～37℃之间浮动，可以判断受试者体温正常。
骨关节炎是关节最常见的慢性疾病，全世界有数百万人受到影响。已有研究表明，膝盖处皮肤温度可用于监测膝骨性关节炎的严重程度。该温度创可贴贴合在一名女性受试者的膝部，如图10e所示。受试者膝盖的温度相对较低，因为膝盖上的脂肪和肌肉层很薄，传感器检测的温度在29.5～30.5℃之间波动，与红外温度成像仪检测的瞬时温度29.6℃基本一致。
以上应用实例说明了LIG温度传感器可以监测人体呼吸频率及人体体温变化。
本研究利用激光直写技术一步制备高稳定性、高线性、高分辨率、宽检测范围的柔性温度传感器，通过蛇形结构的设计有效地减小了局部应变带来的影响，与皮肤共形贴附，实现人体皮肤温度的实时监测。并且引入封装隔湿层，实现了不同湿环境的稳定温度检测，可以应用于高湿度干扰下的呼吸频率检测。传感器表现出负温度系数（−6.534×10-4/℃），在宽温度范围（25～75℃）内具有0.991 84的拟合优度，最小可以分辨0.1℃的温度偏差。该柔性温度传感器不仅可以集成到口罩监测呼吸频率，还可以集成到创可贴内部实时监测人体温度变化，证明了基于LIG的柔性温度传感器在老龄化人口家庭床边监测与疾病早期预警方面的应用潜力。
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Abstract Body temperature is a crucial indicator of human health, and flexible temperature sensors can achieve long-term, remote, and real-time temperature monitoring, which is of great significance for bedside monitoring and early warning of diseases in elderly households. However, the development of most temperature monitoring devices is limited by their high rigidity, large volume, cumbersome preparation process, uncomfortable wearing, and low linearity. To address these issues, this paper proposes a high-precision assembly method for a flexible and superhydrophobic temperature sensor based on patterned laser-induced graphene (LIG). The temperature sensor can be portable integrated into masks and band-aids to achieve the monitoring of breathing frequency and skin temperature in various parts of the body.
Firstly, the sensor is designed as a curved snake-shaped structure to ensure a large area of sensing in relative space, while also providing good resistance to bending deformation. It can be conformal attached to the human skin, allowing the sensor to adjust to the body's dynamic curve changes. Secondly, a facile and scalable laser direct writing process is used to prepare a 3D porous graphene foam from the carbon-containing polyimide (PI) film, and the high-performance flexible temperature sensor is obtained through the adjustment of the laser parameter. Finally, immersing the sensor into hydrophobic silica (Hf-SiO2) suspension and dried to obtain a flexible and superhydrophobic temperature sensor with moisture resistance. The one-step prepared temperature sensor is small and light (30 mm×5.5 mm×0.06 mm), which guarantees wearable comfort.
The micro-appearance characteristics of the LIG flexible temperature sensor show a large number of three-dimensional stacking discharge micron/nano-porous structures, which are the result of numerous gas products released during the process of laser rapid light and thermal effects. The performance test results show that the temperature sensor has good stability, repetitiveness, and linearity within a detection range of 25～75℃. The sensitivity curve shows the negative temperature coefficient (TCR=−6.534×10-4/℃) and high goodness of fit of 0.991 84. The small-range test close to the skin temperature of the sensor shows a resolution of the 0.1℃. In addition, research on the influence of external factors on the temperature performance of sensors shows that wearable temperature sensors have good bending capacity, and the use of Hf-SiO2 packaging layer can effectively isolate the high humidity in the environment without sacrificing temperature sensing performance. Finally, the temperature sensor shows the real-time monitoring ability of the human body's breathing frequency and the changes in human body temperature in the actual application demonstration.
The following conclusions can be obtained through experimental data analysis: (1) Laser direct-writing technology can make a flexible temperature sensor with arbitrary shapes in one step in one step. The small serpentine-shaped structure design effectively improves the bending change and wearable comfort. (2) LIG flexible sensors have high sensitivity, wide detection range, high accuracy, and good stability over a wide temperature range. (3) The introduction of the Hf-SiO2 packaging layer effectively isolates the impact of high humidity of the environment, while not sacrificing the temperature sensing performance. (4) With adhesive, the sensor can be portable integrated with masks and band-aids to achieve real-time monitoring of respiratory rate and body temperature.
keywords：Laser-induced graphene, flexible temperature sensor, snake-shaped structure design, superhydrophobic, body temperature monitoring
DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.L10061
中图分类号：TP212；TQ127.11
河北省重点研发计划（20271701D）和中国博士后科学基金（2022M722378）资助项目。
收稿日期 2023-01-13
改稿日期 2023-02-22
杨 丽 女，1983年生，研究员，博士生导师，研究方向为低维纳米材料、柔性电子器件、环境监测、健康护理机器人等。E-mail：yangli5781@126.com
徐桂芝 女，1962年生，教授，博士生导师，研究方向为生物电磁技术、电工理论新技术、脑与认知神经科学等。E-mail：gzxu@hebut.edu.cn （通信作者）
（编辑 崔文静）