基于激光诱导石墨烯的压力传感器的制备及特性研究

来源 :南京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:houzhuo111
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随着健康监测和电子皮肤的发展,柔性可穿戴压力传感器正引起人们的广泛关注。然而,可靠、经济、高效地制备高性能压力传感器仍然是一个巨大的挑战。石墨烯是一种强度非常大的材料,且具有很好的弹性,其杨氏模量为1.0TPa,拉伸强度为130GPa。基于石墨烯优异的性能,本文研究了应用于人体微小信号的石墨烯柔性压力传感器。文中分别利用丝网印刷和激光直写技术来制备柔性压力传感器,并对不同方式制备的传感器的压阻性能展开研究。两种方式中均采用非对称双层结构以控制初始电阻。首先,利用丝网印刷技术制备石墨烯柔性压力传感器。丝网印刷技术简单高效,成本低廉,适印性广泛。我们通过丝网印刷来构建传感器电极的表面微结构,在丝网印刷过程中通过调节油墨的粘度以及网版的目数来改变传感器电极的表面形貌,从而影响到传感器的灵敏度。基于丝网印刷制备的柔性压力传感器具有较高的灵敏度(~1.86k Pa-1,范围从3.4到150Pa),响应时间仅为4ms,在2000多次的循环测试中也能保持稳定。我们制备的传感器在实际应用方面也表现良好,在对脉搏的监测中,清楚地记录了脉搏中的主波、反射波和重博波;进行声音识别时,对于整首歌曲的频谱也都很好的反映出来。之后,我们研制了一种由多壁碳纳米管(MWCNTs)和激光诱导石墨烯(LIG)组成的柔性压力传感器。我们采用一种简单、方便、高效的激光直写技术制备了MWCNTs/LIG这一关键压阻材料。由于这种设计的三维交联结构,MWCNTs/LIG杂化使得制备的压力传感器具有高灵敏度(2.41k Pa-1,<200Pa)、显著的检测极限(~1.2Pa)、快速的响应时间(2ms)和良好的稳定性(>2000次循环)等优点。这种高性能的MWCNTs/LIG柔性压力传感器能够实时清晰地检测人体的各种细微动作(如呼吸、声音振动、手指运动和手腕脉搏)。此外,我们制备了3×3的MWCNTs/LIG传感阵列,该阵列对不同点的不同压力均准确识别出来。我们制备的传感器具有优异的传感性能,这使得压力传感器在人体生理活动监测、电子皮肤等可穿戴领域的广泛实际应用具有重要的启发意义。
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