【摘 要】
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激光诱导石墨烯（LIG）由于其具有良好的导电性,丰富的内孔,以及极高的比表面积受到研究者的广泛关注,其中基底材料以及工艺参数的不同使得所制备的LIG具有不同的使用性能。木质结构由于本身特性需要对其进行应力、温度、湿度等预见性的防护,而传统的测量手段具有成本高、难以回收、不可降解等缺点。因此,本文以松木为衬底,结合光纤激光器、真空泵等设备提出了制备激光诱导石墨烯的新工艺,研究了最优工艺参数,利用所制
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激光诱导石墨烯（LIG）由于其具有良好的导电性,丰富的内孔,以及极高的比表面积受到研究者的广泛关注,其中基底材料以及工艺参数的不同使得所制备的LIG具有不同的使用性能。木质结构由于本身特性需要对其进行应力、温度、湿度等预见性的防护,而传统的测量手段具有成本高、难以回收、不可降解等缺点。因此,本文以松木为衬底,结合光纤激光器、真空泵等设备提出了制备激光诱导石墨烯的新工艺,研究了最优工艺参数,利用所制备的LIG设计制作了压力、温度、湿度以及加速度传感器,研究了 LIG的各项传感性能与技术参数。本文的具体研究内容如下:（1）激光诱导石墨烯在松木基底上的制备。探究激光与木材之间的作用原理,利用实验室现有波长1070nm的光纤激光器在松木基底上制备激光诱导石墨烯,通过对激光功率、扫描速度等激光参数进行单因素以及正交实验得到制备激光诱导石墨烯的最优参数,使用超景深显微镜对不同激光参数所制备的样品进行表面形貌分析,通过四探针电阻分析仪对样品的导电性进行测试,采用SEM、拉曼光谱、红外光谱对样品进行表征分析,证实采用上述工艺在松木基底上得到了多孔石墨烯。（2）激光诱导石墨烯压力传感器在松木基底上的设计、制备与测试。本文在松木基底上设计并制备了 LIG压力传感器,通过动态测试分析系统,对压力传感器进行静态以及动态测试,所制备的压力传感器灵敏度系数为86.53,非线性误差为15%,迟滞误差为6.12%,重复性误差为0.31%,响应时间与恢复时间均为1s,结合所制备的压力传感器、Arduino Uno主控制器、OLED显示器等设计制作可实时显示承受质量的实木座椅,由理论与实验验证了本文所制备的LIG具有压阻效应。（3）激光诱导石墨烯温度、湿度以及集成传感器在松木基底上的制备与测试。本文在松木基底上制备了 LIG温度与湿度传感器,使用动态分析系统对其进行静态测试与动态测试,温度传感器的电阻温度系数为-0.101%/℃,响应时间与恢复时间均为1s,湿度传感器的灵敏度为0.2%/%RH。由理论与实验验证了本文所制备的LIG具有温敏与湿敏效应。最终将松木基底上的压力、温度、湿度传感器进行集成,使得传感器可同时读取压力、温度与湿度信号。（4）激光诱导石墨烯加速度传感器在松木基底上的设计、制备与测试。本文将所制备的LIG作为加速度传感器敏感元件,通过Ansys仿真确定传感器的最优尺寸参数与灵敏度,使用高速雕铣机与光纤激光器制备加速度传感器,通过高速移动平台与动态测试分析系统对加速度传感器进行动态信号采集,实验得到加速度传感器的技术参数,验证了所制备的LIG压敏元件具有较高的灵敏度。本文结合光纤激光器、真空泵等设备探究在松木基底上制备激光诱导石墨烯的新工艺,采用合理的结构设计与有限元分析制备松木基底上的LIG压力、温度、湿度与加速度传感器,通过理论研究与实验测试验证了采用这种工艺所制备的LIG具有压敏效应、温敏效应、湿敏效应等传感性能。
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