基于氧化石墨烯柔性传感器的制备及性能研究

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近年来,随着科技的发展,石墨烯凭借其自身优异的物理性质在各个行业都发挥着至关重要的作用,尤其具有极高的载流电子迁移率和巨大的比表面积,是制备柔性传感器材料的不二之选。本文通过对氧化石墨烯进行改性,首次使用端氨基超支化聚合物快速便捷地在氧化石墨烯的表面生成了纳米银颗粒,提高氧化石墨烯的导电性;也同时利用抗坏血酸对氧化石墨烯进行二次还原,制备出三维空间结构的还原氧化石墨烯网络,提高其导电能力;最后利用制备出的氧化石墨烯基导电物质制备了二款柔性应变传感器,研究其传感性能。首先通过Hummers法制备出了氧化石墨烯,再利用环氧氯丙烷对氧化石墨烯进行改性,成功在氧化石墨烯上接枝了端氨基超支化聚合物,并成功制备了氧化石墨烯纳米银复合材料,纳米银粒径约20nm,良好附着。其次,利用聚乙烯醇大分子链和海藻酸钠大分子链之间的氢键作用制备出了力学性能优异的双交联水凝胶。并以该水凝胶作为柔性基底材料,氧化石墨烯纳米银复合材料为导电介质,成功制备出导电水凝胶即柔性应变拉伸传感器。该传感器随着应变拉伸的增加,表现出良好的电-机械性能,具有较好的灵敏度和循环稳定性,可应用于人体手指关节的检测。最后,通过抗坏血酸还原氧化石墨烯,利用氧化石墨烯被还原时的自吸附作用,在溶液中将氧化石墨烯还原并在聚氨酯海绵内部附着,形成三维空间结构的还原氧化石墨烯网络,制备出rGO/PU导电海绵即柔性应变压缩传感器。研究结果表明,同等海绵体积下,负载还原氧化石墨烯的量为9mg时,其灵敏度最高,为12.42 kPa-1(0-5 kPa)。且具有非常快的响应性,在接受0-10 kPa不同的压强下,其反应时间都不超过1.1 s;在循环过程中,表现出较好的压缩重复稳定性。在作为传感器方面,可通过压强和压缩程度等方面来检测运动指标,具有大的应用潜力。
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