基于石墨烯复合薄膜的应变传感器及性能分析

发布时间：2021-02-02 20:43

　　为了克服现有应变传感器在结构健康监测上的不足,以还原氧化石墨烯（rGO）为导电填料,纳米纤维素（CNF）为骨架,硅橡胶（PDMS）为弹性基体,采用溶剂挥发法,制备一种层状结构的柔性应变传感器。分析GO-CNF悬浮液分散性和rGO-CNF/PDMS薄膜传感器的机敏性能,分析传感器的应变-电阻响应机理,建立r GO-CNF/PDMS复合薄膜的压阻行为预测理论模型。研究结果表明:CNF能有效协助rGO的分散,CNF相互交叉、搭接有助于在PDMS基底表面形成多孔隙结构的rGO-CNF薄膜;rGO-CNF/PDMS传感器能承受较大的拉伸变形（应变大于80%）,可通过调整基底材料种类和厚度进行调节,并且传感器对应变具有较高的灵敏度（灵敏系数为12～41）,可通过调整rGO和CNF的掺量进行调节;rGO-CNF/PDMS复合薄膜的压阻行为预测理论模型所得应变与电阻的关系与实测结果较吻合。 

【文章来源】：中南大学学报(自然科学版). 2020,51(03)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

rGO-CNF/PDMS薄膜传感器制备流程示意图

图2所示为rGO,CNF和rGO-CNF悬浮液的紫外-可见吸收光谱图。从图2可见：由于rGO团聚在一起产生隧道效应，rGO悬浮液在200～1 100 nm光谱范围内没有吸收峰；CNF悬浮液分散良好，出现了特征吸收峰；rGO和CNF的混合溶液在270 nm附近也出现了特征吸收峰，但并不是rGO和CNF吸光度的叠加，说明这两者不是简单的物理混合，而是发生了化学作用，削弱了一些基团峰，但相互作用不明显。图3所示为rGO和rGO-CNF悬浮液静置24 h前后粒子悬浮状态对比图。从图3可见：静置24 h后，rGO悬浮液由于rGO碎片团聚，出现明显沉淀，而rGO-CNF复合物悬浮液仍呈现出均匀分散的悬浮状态。图4所示为2种悬浮液的电阻R随时间变化情况。从图4可见：rGO悬浮液的电阻随时间逐渐增大，而rGO-CNF悬浮液的电阻较稳定。以上现象均表明CNF能有效协助rGO分散，形成稳定的悬浮液。另外，CNF之间彼此交错连接，易形成便于离子和电子传输的多孔结构。图5所示为是否掺加CNF所形成的2种薄膜的吸水能力对比。在2种薄膜上滴少量的去离子水，rGO-CNF薄膜上的水被快速吸收，而纯r GO薄膜上的水很难浸入薄膜内，表明rGO-CNF薄膜存在很多孔隙结构，而rGO薄膜较密实。图3 rGO和rGO-CNF悬浮液静置前后粒子悬浮状态对比

rGO和rGO-CNF悬浮液静置前后粒子悬浮状态对比

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3015342