【摘 要】
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棉织物具备优良的柔性、亲肤性和环境友好性,并且来源广泛,如能直接制备成电子器件则可实现与服装的无缝集成,被认为是柔性可穿戴设备的理想基材。然而,棉织物要制备成电子器件,必须要进行导电改性。研究发现,在合适的激光诱导下,棉织物能成功转化为石墨烯,由此生成的棉织物石墨烯具有高电子迁移率、优良稳定性、良好的透气性和图案可编辑性。因此,本文以棉织物石墨烯制备的电极为研究对象,对激光诱导生成中工艺参数优化、
【基金项目】
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广东省自然科学基金杰出青年基金项目《石墨烯柔性电极的激光诱导生长机制及其传感应用》（2021B1515020087）； 国家自然科学基金项目《可编织碳纤维固态超级电容器高比表面积功能电极制造及其作用机理》（51905178）； 中央高校基本科研业务费杰青项目《面向可穿戴设备的柔性电极微纳制造》（2020ZYGXZR003）；
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棉织物具备优良的柔性、亲肤性和环境友好性,并且来源广泛,如能直接制备成电子器件则可实现与服装的无缝集成,被认为是柔性可穿戴设备的理想基材。然而,棉织物要制备成电子器件,必须要进行导电改性。研究发现,在合适的激光诱导下,棉织物能成功转化为石墨烯,由此生成的棉织物石墨烯具有高电子迁移率、优良稳定性、良好的透气性和图案可编辑性。因此,本文以棉织物石墨烯制备的电极为研究对象,对激光诱导生成中工艺参数优化、棉织物-石墨烯的材质转变过程进行分析,并据此制造了高性能的柔性可穿戴设备,主要研究内容如下:（1）设计了棉织物石墨烯的激光诱导生成的工艺流程。将碳化的棉织物嵌入到聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底中,作为激光诱导前驱体,通过控制碳化织物的嵌入深度,形成了质量、形态和石墨烯缺陷可控的LIG/Si C核-壳结构,探讨了碳化织物和PDMS的在激光加工过程中的协同作用和转变过程;（2）建立了棉织物石墨烯的激光诱导生成模型,探究了不同实验参数下的光热转变过程对温度场分布和关键性能的影响。根据经典的串并联传热模型和Agari模型计算不同情况下碳化织物域的导热系数;结合有限元仿真模拟和实验研究,分析加工过程中嵌入深度、扫描速度、激光功率、散焦距离对最终温度场分布和石墨化程度的影响,构建加工-结构-性能之间的构效关系;（3）利用棉织物石墨烯制造了柔性可穿戴压阻式压力传感器。探究了不同嵌入深度下传感器灵敏度性能曲线,结果表明所制造传感器具有高线性度、大检测范围（280k Pa）和线性区间（226 k Pa）,并且在不同的场景下（检测脉搏、心跳、肢体动作、足底压力等）性能稳定,显示了其应用范围的可扩展性;（4）利用棉织物石墨烯制造了柔性微超级电容器（MSCs）。将Mn2+参杂的明胶涂敷在碳化织物表面进行诱导,制造了LIG/Mn Ox可降解织物电极,并揭示Mn Ox的生长机理;将其应用于MSCs中,织物电极的核-壳结构提供了平衡的赝电容和双电层电容行为;进一步基于剪纸结构制造了可拉伸高电压柔性MSCs,可在0到200%应变下实现稳定的高压输出（最高输出电压达到60 V）。
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