基于三维网络石墨烯的电阻式温度传感器研究

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温度监测在各个领域都有极其重要作用,已成为人们日常生活的一部分。传统的温度传感器,如铂电阻式温度传感器以及其它将金属或者金属氧化物作为传感材料的传感器,表现出传感性能不稳定以及灵敏度低的特点。当今社会的发展对温度传感器的传感性能提出了更高的要求,近年来,石墨烯、石墨烯衍生物以及石墨烯基纳米复合材料因其优异的导电性和导热性等特点而被广泛地应用于温度传感领域。有鉴于此,本文将氧化石墨烯与三维网状结构石墨烯材料分别作为传感材料,通过重力沉积的方式自组装到PI(Polyimide)柔性叉指电极表面,形成导电回路,制备一种电阻式温度传感器,实现了对温度的传感测量,致力于探索出兼具灵敏度高且传感性能良好的等效物来代替传统温度传感器。本文在理论上,分析了石墨烯基材料温度传感的机制;实验上,制备了石墨烯基电阻式温度传感器,并对制备的传感器的温度特性进行了实验,分析了传感器的电阻温度系数(TCR,temperature coefficient of resistance)及灵敏度(Sensitivity)。实验结果表明,覆盖氧化石墨烯材料的传感器初始电阻较大,在MΩ量级;且覆盖材料厚度影响传感器的传感特性。覆盖材料的厚度越厚,其温度迟滞越明显,其稳定性与回复性越差;当GO材料的沉积量较少,为25μL时,传感器表现出较好的温度传感特性。该传感器的TCR可以达到-1.50%/K,灵敏度为1.470MΩ/K。对于覆盖三维网状石墨烯的电阻式温度传感器,实验数据表明,覆盖材料的厚度影响传感器的传感特性。当三维网状石墨烯溶剂的沉积量为50-75μL时,传感器表现出较好的温度传感特性。在升降温过程中,表现出优异的跟随性且具有较好的回复性。在303-338K的温度范围内,该传感器的相对电阻变化率较高,可以达到50%以上。同时,该传感器表现出良好的负温度特性,TCR可以达到-1.50%/K,且灵敏度可以达到1.494 KΩ/K。
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