PZT纳米线/石墨烯薄膜柔性化异质集成及其压阻性能研究

发布时间：2022-02-17 20:39

　　近年来,电子信息技术突飞猛进发展,传感器技术随之迈向柔性化、多功能化、小型化、高性能化、集成化与无源化进程,现有传感器制备材料、结构、原理等亟需创新升级。力敏活性材料是传感器新材料研发的重要方向,目前力敏活性材料主要包括:金属材料、无机半导体材料和碳基材料。其中石墨烯因独特的二维蜂窝状结构,使其具备良好的电学和机械特性,已成为柔性压力传感器最受欢迎的材料之一。然而,利用化学气相沉积法（CVD）制备的石墨烯薄膜基压力器件在柔性和灵敏度方面存在不足。因此,研究兼具柔性和高灵敏度,以及有良好应用前景的石墨烯薄膜基压力传感器仍然是一个很大的挑战。石墨烯薄膜在应变下表现出优异的压阻性能,能够承受高达25%的弹性应变,伴随着导电性和电子能带结构的变化。本论文创新性地将二维石墨烯和一维锆钛酸铅（PZT）纳米线柔性化异质集成,以此作为活性材料,构建了灵敏度增强的柔性压力传感器,并对器件的机理、制备、压阻性能及应用进行了较为深入的研究。PZT压电纳米线在机械应力下产生的极化电荷可作为离子化杂质以此增加石墨烯的散射载流子,从而改变石墨烯的电导率。另外,通过压电力显微镜（PFM）研究了自制PZT纳米线的压电... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 柔性压力传感器简介
        1.2.1 柔性压力传感器工作原理
        1.2.2 柔性压力传感器材料体系
    1.3 石墨烯基压力传感器研究进展
        1.3.1 石墨烯结构与性质
        1.3.2 石墨烯制备方法
        1.3.3 石墨烯薄膜基压力传感器研究现状
    1.4 本论文主要研究内容
2 石墨烯基柔性压力传感器基本理论及测试表征方法
    2.1 柔性压阻式压力传感器工作原理
    2.2 石墨烯薄膜的压阻特性及散射理论研究
        2.2.1 石墨烯薄膜的压阻特性
        2.2.2 石墨烯薄膜的散射理论研究
    2.3 PZT纳米线/石墨烯薄膜柔性化异质集成结构工作机理
    2.4 材料表征方法
        2.4.1 表面形貌
        2.4.2 结构分析
        2.4.3 压电性能表征
    2.5 本章小结
3 PZT纳米线/石墨烯薄膜柔性压力传感器设计及制备
    3.1 柔性压力传感器结构设计与制备
        3.1.1 柔性压力传感器结构设计
        3.1.2 柔性压力传感器制备
        3.1.3 实验设备与材料
    3.2 石墨烯薄膜柔性化转移及表征
        3.2.1 石墨烯薄膜柔性化转移
        3.2.2 石墨烯薄膜表征
    3.3 PZT纳米线制备及表征
        3.3.1 PZT纳米线制备
        3.3.2 PZT纳米线表征
    3.4 本章小结
4 PZT纳米线/石墨烯薄膜柔性化异质集成压阻性能研究及应用
    4.1 PZT纳米线/石墨烯薄膜柔性化异质集成压阻性能研究
        4.1.1 应力对器件压阻性能影响探究
        4.1.2 弯曲应变对器件压阻性能影响探究
    4.2 PZT纳米线/石墨烯薄膜柔性压力传感器应用
    4.3 本章小结
5 总结与展望
    5.1 论文的主要研究内容及结论
    5.2 论文创新点
    5.3 工作展望
参考文献
攻读硕士期间取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Progress in achieving high-performance piezoresistive and capacitiveflexible pressure sensors: A review[J]. Wufan Chen,Xin Yan.  Journal of Materials Science & Technology. 2020(08)
[2]纸基碳纳米管薄膜/叉指结构的超灵敏宽量程压力传感器（英文）[J]. 王超,侯晓娟,崔敏,余俊斌,范雪明,钱冀超,何剑,耿文平,穆继亮,丑修建.  Science China Materials. 2020(03)
[3]Graphene Nanostructure?Based Tactile Sensors for Electronic Skin Applications[J]. Pei Miao,Jian Wang,Congcong Zhang,Mingyuan Sun,Shanshan Cheng,Hong Liu.  Nano-Micro Letters. 2019(04)
[4]压阻式柔性压力传感器的研究进展[J]. 于江涛,孙雷,肖瑶,蒋书文,张万里.  电子元件与材料. 2019(06)
[5]可穿戴式柔性电子应变传感器[J]. 蔡依晨,黄维,董晓臣.  科学通报. 2017(07)
[6]基于ZnO纳米线与P（VDF-TrFE）纤维的高柔性应变传感器在可穿戴电子器件方面的应用（英文）[J]. 陈帅,娄正,陈娣,陈照军,姜凯,沈国震.  Science China Materials. 2016(03)
[7]半导体器件模拟中的散射机制[J]. 张子砚,吴广国.  贵州大学学报(自然科学版). 2004(04)
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博士论文
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[2]石墨烯柔性应变传感器研究[D]. 杨婷婷.清华大学 2017
[3]基于悬空单壁碳纳米管阵列的压阻式柔性传感器研究[D]. 郑富中.重庆大学 2011

硕士论文
[1]微/纳米纤维的静电纺丝法制备及应用[D]. 顾翔宇.南京邮电大学 2019
[2]PZT压电薄膜柔性化异质集成制造及其电学性能研究[D]. 张晶.中北大学 2019
[3]界面调控铁电薄膜电容器肖特基势垒及其瞬态电流特性研究[D]. 张启程.中北大学 2019
[4]柔性压电薄膜制备及压力传感特性研究[D]. 郭雪培.中北大学 2019
[5]石墨烯基柔性复合薄膜制备及其力敏性能研究[D]. 叶学亮.电子科技大学 2018
[6]基于石墨烯薄膜的触觉传感器及其电子皮肤研究[D]. 齐亮.西安电子科技大学 2018
[7]基于压阻效应的柔性三维力触觉传感器的研究[D]. 王良泽.哈尔滨工业大学 2016
[8]悬浮型石墨烯压力传感器仿真研究[D]. 王晓波.大连理工大学 2016
[9]基于一致取向PZT纳米线/PDMS压电复合薄膜的纳米发电机[D]. 胡彩霞.兰州大学 2016



本文编号：3630073