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柔性电子技术(Flexible Electronics Technology)在健康检测、医疗器械、传感器等领域具有广阔的发展前景。相应的柔性设备对其硬件提出高柔性的要求,各种柔性电子导体被相继开发。激光诱导石墨烯(Laser-induced graphene,LIG)作为柔性电子导体时,因其基材聚酰亚胺(Polyimide,PI)不具备拉伸特性而限制了在拉伸应用方面的潜力。本文以聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)和PI作为复合柔性材料基底,提出应力辅助激光诱导石墨烯的新方法,制备具备可拉伸的LIG。以下是具体的研究内容。首先,对应力辅助拉伸机构进行设计。柔性材料如PDMS拉伸过程中存在大变形、受力不均的现象,设计了一个能够多方向同步拉伸的装置。将双向丝杆垂直交叉布置,获得四个相互垂直的运动方向;结合井字行导轨的结构特点,将相互垂直的两个运动合成一个沿角平分线方向的合运动,实现八个方向的同步运动。结合驱动控制模块和必要的辅助连接件,完成拉伸机构整体搭建。控制器控制装夹部位运动速度和方向,结合使用减速器实现运动速度0.6mm/min的平稳缓慢运动。其次,构建激光诱导石墨烯PDMS/PI复合柔性基材体系。PDMS具备柔韧性但低碳源,PI具备丰富碳源但不可拉伸,将两者优点结合,构建复合基材体系。本文采用2种PI粉末进行实验。对混合式材料体系的待加工面观测和光谱分析,确定体系表层材料为PDMS;对其横截面观测,PI粉末在复合材料体系内部有沉降现象,粉末最大面积占比为75.35%。进行材料拉伸试验,获得两种PI粉末复合基材体系在不同PI/PDMS质量比下的抗拉强度(0.54-0.98MPa,0.96-2.88MPa),最大形变量(29.73%-90.22%,118.56%-157.98%),应力应变曲线和杨氏模量(2.16-7.05MPa,2.31-5.30MPa),试验结果显示材料拉伸断裂位置主要发生在粉末团聚和样件装夹的位置。再次,对应力辅助激光诱导石墨烯成形规律进行研究分析。对激光诱导石墨烯(LIG)进行拉曼光谱检测和石墨烯晶格结构观测,光谱存在显著的D、G、2D峰,晶格条纹间隙0.31-0.36nm。进行激光单次直写实验,实验结果表面,加工线宽随激光功率增大(10%-50%)而增大,最小线宽为342.79μm和333.54μm,最大线宽为534.44μm和521.39μm;加工线宽随扫描速度增大(80-240mm/s)而减小,最大线宽为544.19μm和560.36μm,最小线宽为401.50μm和411.03μm。进行单因素实验,观测记录LIG在不同参数下的层厚信息和几何尺寸,分析对比应力辅助条件对LIG层厚和几何尺寸的影响规律。激光功率单因素实验结果发现:内应力的挤压效果使LIG在与应力辅助方向平行的成形方向上层厚增加,增加幅度10μm-26μm,相应的几何尺寸减小,减小幅度0.45-0.85mm。在与应力辅助方向垂直的成形方向上层厚减小,减小幅度12-22μm,相应的几何尺寸增大,增大幅度0.08-0.14mm。最后,对LIG层进行检测电性能和疲劳检测。在LIG层两端涂抹银涂层作为测量区域,测量记录LIG层的电阻值,对比分析应力辅助条件下的LIG层电阻变化情况,激光功率单因素实验结果显示:小应变(6.67%),拉力平行的应力辅助条件下能够降低LIG的电阻值,减小幅度0.16-0.26KΩ,大应变(13.33%)和拉力垂直的应力辅助条件破坏了LIG层结构,使电阻增大,增大幅度0.1-0.5 KΩ。利用PDMS对LIG层进行封装,然后进行弯曲和拉伸试验,记录LIG形变过程中的电阻变化信息,对比分析发现,小应变和拉力平行的应力辅助条件有利于提高LIG层的拉伸性能,相比无拉力条件下的LIG层拉伸试验,电阻增比减小约15%。