随着呼吸系统疾病长期监测与个性化诊疗需求的不断增长，无创、动态监测呼吸参数逐渐成为柔性可穿戴电子领域的重要研究方向。在动态呼吸过程的监测中，通过捕捉呼出气流的湿度与动力学特征，可以实现系统性的生理评估并对异常呼吸状态进行监控预警（图1a-1b）。然而，现有柔性呼吸监测装置一般只能监测单一湿度或应变（压力）信号，难以对呼吸过程中的多源生理变量进行有效区分。此外，传感材料在长期工作状态下易受周期性气流冲击与湿度冷凝等外部环境影响，其结构稳定性和长期响应可靠性亦面临挑战。

  针对这一问题，深圳技术大学的史济东副教授等人开发了一种基于石墨烯-纳米纤维素复合薄膜的应变/湿度双模传感器（图1b）。由于石墨烯纳米片在应变下的层片滑移以及纳米纤维素的吸湿特性，这种复合薄膜具有优异的应变传感（0%-20%应变范围内GF=380，图1c）和湿度传感（5%-90%相对湿度范围内 0.58 RH^-1，图1d）性能，以及独特的湿度触发自修复特性（图1e）。

图1. (a) 呼出气体中水汽产生示意图。(b) 呼吸过程中应变产生示意图。(c) 传感器（初始电阻：4.40kΩ）在施加1%至10%应变时的机电响应。(d) 不同初始薄膜电阻的石墨烯-纳米纤维素传感器的湿度传感性能比较。(e) 石墨烯-纳米纤维素薄膜中的3微米宽的裂纹（左）与在水滴浸泡5分钟后（右）的形貌表征。

  基于传感器对应变与湿度的双模响应，在呼吸监测中（图2a），该装置可同时获取呼吸波形和呼出气体的水合状态，从而有助于进行人体的系统生理评估。此外，传感器也可以检测脉搏、关节运动等人体信号。另一方面，该装置在环境检测与智能交互设备的开发方面（图2b）也显示出优异的性能。

图2. (a) 传感器应用于呼吸监测（上）与表皮生理检测（下）。(b) 传感器对植物蒸腾作用的监测（上）与非接触智能交互（下）。

  本工作提出了一种兼具应变与湿度响应的柔性传感体系，结合高灵敏度传感性能与湿度诱导的自愈合功能，突破了传统传感器在信号解耦与长期稳定性方面的技术瓶颈；通过材料创新与功能集成，实现了更加系统的呼吸监测与广泛的可穿戴人体检测、环境监测与人机交互功能，在智慧医疗与物联网设备开发领域展现出广泛的应用潜力。

  该工作以“Self-healable graphene-cellulose nanofibril composite with strain/humidity responsivity for wearable respiratory monitoring”发表于国际知名期刊《Carbon》。文章第一作者为深圳技术大学工程物理学院2024级研究生卢思祁，通讯作者为深圳技术大学工程物理学院的史济东副教授。深圳技术大学工程物理学院为论文的第一单位。本工作也得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等项目的支持。华南理工大学轻工科学与工程学院的方志强副研究员，南方科技大学材料科学与工程系的赵玲玉副研究员，深圳技术大学工程物理学院的徐芳副教授对本工作也做出了贡献。

  文章信息：Siqi Lu, Zhiqiang Fang, Mingxuan Lei, Shiyu Liu, Xingyi Li, Yizheng Liu, Lingyu Zhao, Zhaorui Liu, Fang Xu, Jidong Shi* Carbon 2025, 242, 120473.

  文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622325004890