面内随机堆叠石墨烯复合材料压阻传感机理与压阻性能

发布时间：2024-12-01 06:06

　　 面内随机堆叠石墨烯复合材料(graphene composites, GC)是可穿戴柔性传感器的基础材料之一,但是其压阻传感机理与压阻性能仍然有待深入研究.本文基于GC的微观结构特征,利用0～1间均匀分布随机数获得石墨烯在复合材料中的位置和方向,建立了二维GC压阻传感器模型.根据GC均匀变形的特点和有限单元法发展了GC压阻性能的计算方法,计算得到了相对电阻、灵敏度系数、石墨烯片的微观形态与电流密度云图.研究结果表明, GC中的压阻效应是由于在变形过程中石墨烯形态的改变,包括GC中石墨烯片的密度随应变变化、石墨烯片滑移、分离导致电子迁移路径和无效片数量的改变,而GC中石墨烯片密度随应变的变化是影响压阻效应的主要因素.石墨烯片间的相对滑移产生线性传感特征,分离反之.高面分比GC与大尺寸石墨烯的GC拥有较大的感知范围,低面分比GC和小尺寸石墨烯的GC具有更高的灵敏度系数.最后将接触面的面内电阻率设为应变的函数,研究了石墨烯片的接触效应对GC压阻性能影响,解释了GC压阻性能的接触效应和影响机理.研究结论可为GC生产方法的改进与创新、以及GC压阻传感器件的制备提供理论依据和技术参考.

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本文编号：4013655