由DGIST物理与化学系教授李成元领导的研究团队，通过直接在聚合物纳米纤维上生长石墨烯纳米壁（GNWs），开发了一种层级纳米对纳米结构，并成功利用该结构提升了可穿戴气体传感器的感测性能。该技术预计将应用于下一代可穿戴传感器，用于工业环境中实时监测个人呼吸环境或有害气体。

近年来，人们对可佩戴皮肤或口罩的可穿戴传感器兴趣日益增长，以实时检测周围环境中的有害气体。为了长时间佩戴，这些传感器必须轻便且灵活，同时允许空气和湿气通过。

此外，它们还必须能够快速检测到哪怕是微量气体。由聚合物纳米纤维制成的纳米网具备出色的透气性和柔韧性，但在表面积和功能上存在局限。由于聚合物易受热影响，直接在表面形成需要高温加工的活性碳纳米材料（如石墨烯）较为困难。

在纤细纤维上构建石墨烯

为克服这些限制，研究团队开发了一种直接在三维纳米网格表面生长石墨烯纳米壁的技术，该网格由耐热聚合物纳米纤维组成。通过使用低温等离子体化学气相沉积（CVD）和耐热纳米纤维，团队成功在纤维表面形成垂直排列的石墨烯纳米壁，同时保持了纳米纤维的形态特征。这大大增加了与气体相互作用的表面积，同时保持纳米网格的透气性和柔韧性。

特别是，研究团队发现石墨烯纳米壁不仅增加了传感器的表面积，还产生了一种“约束效应”，使气体分子在纳米壁之间的狭窄空间中停留更久。实验和气体传输模拟表明，在层级石墨烯纳米壁内，气体分子的行进路径和局部碰撞增加，导致石墨烯表面与气体分子之间的相互作用更加活跃。

这些发现于2026年8月发表在《先进纤维材料》期刊上。

GNW纳米网格制造方法。图片来源：先进纤维材料公司（2026年）。DOI：10.1007/s42765-026-00752-9

从实验室设计到可穿戴应用

团队还将开发的传感器应用于实际可穿戴口罩平台，确认其在保持高透气性和灵活性的同时，实现了长期气体监测。

李博士说：“这项研究的重要性在于它超越了传统单纯增加传感器表面积的方法，提出了一种通过控制纳米结构内气体分子自身运动来提升传感性能的新设计原则。”“'纳米对纳米'技术，即直接在聚合物纳米网格上形成功能性纳米结构，未来有望不仅提升气体传感器的性能，还能提升各种透气可穿戴电子设备的性能。”

该研究由李博士研究团队的崔赫柱与忠南国立大学、韩拔国立大学、庆北国立大学、龟尾电子信息技术研究所和韩国工业技术研究所的研究人员共同开展。

更多信息

Hyeokjoo Choi 等，《层级石墨烯纳米墙纳米网格实现可穿戴应用的约束增强气体感测》，Advanced Fiber Materials（2026）。DOI：10.1007/s42765-026-00752-9