石墨烯柔性应变传感器机理研究与设计制造
发布时间：2022-02-15 07:45
无人变体飞行器是未来军事斗争的重要载体,对其机体结构形变的精确感知是影响其任务成功性的重要因素。传统应变传感器应用于无人变体飞行器时具有刚性、体积大等诸多局限性,迫切需要研究一种柔性、可粘附的新型应变传感器。近年来,新兴材料石墨烯薄膜由于其优异的力学、电学等特性,已成为柔性应变传感领域的研究热点。但目前,该领域的研究多集中于石墨烯器件的结构、工艺上,应变敏感机理差异较大且尚不明确。同时,石墨烯材料制备条件严苛,工艺复杂,成本高昂,难以在工程中实际应用。针对该问题,论文从低成本、灵敏度与量程相互平衡的角度出发,对两种低成本制备方法得到的石墨烯膜的应变机理与传感器的设计制造工艺开展深入研究。论文主要内容包括:1、基于导电路径破坏理论的薄膜应变敏感机理与传感器结构工艺设计在充分调研薄膜应变敏感机理与石墨烯薄膜材料内部结构的基础上,结合薄膜应变传感器现有敏感机理研究成果,提出了基于纳米片重叠理论与导电路径破坏理论相结合的石墨烯薄膜应变敏感机理,推导出了敏感电阻的趋势变化模型,实现了对内部结构不同的薄膜应变敏感材料的特征描述。2、基于镍基CVD石墨烯膜的柔性应变传感器以镍基CVD（Chemica...
【文章来源】：国防科技大学湖南省211工程院校985工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯是构建其它维度碳材料的基本单元2004年，英国曼彻斯特大学的Novoselov和Geim等人[4]首次采用胶带从高定
国防科技大学研究生院硕士学位论文第4页1.2.2石墨烯柔性应变传感器研究现状（1）石墨烯柔性应变传感器2008年，南洋理工大学的YuTing等人[29]研究了柔性基底上的石墨烯的拉曼光谱实验，通过实验和统计的方法验证了石墨烯的应变敏感特性，论证了其可以作为超敏感应变传感器的材料，从此开启了石墨烯作为柔性应变传感器的大门。2013年，韩国成均馆大学的SangHoonBae等人[30]通过CVD法制备了约10层的石墨烯薄膜，通过掩膜、刻蚀、转移等微纳工艺在PDMS基底上制得石墨烯柔性应变传感器，如图1.2所示。2014年新加坡南洋理工大学的ChaoyiYan等人[31]将褶皱石墨烯与纳米纤维素相混合，在真空过滤后制得石墨烯纳米纸，与柔性基底PDMS（聚二甲基硅氧烷）结合后制得可拉伸的石墨烯柔性纳米纸，能够实现100%的应变感知，包括拉伸、扭转、弯曲。2014年爱尔兰三一学院的ConorS.Boland等人[32]将液态膨胀石墨烯添加到天然橡胶中，开创性的制成了一种新型导电复合材料，能够感知在160Hz频率的速度下变化的应变，可以作为应变传感器的绝佳材料。图1.2SangHoonBae等人制备的花状石墨烯柔性应变传感器同年，韩国成均馆大学TranQuangTrung等人[25]利用还原氧化石墨烯制作晶体管，在柔性基底上制作了传感阵列，利用晶片之间的微耦合效应能够感受到0.02%的应变，如图1.3所示。
国防科技大学研究生院硕士学位论文第5页图1.3TranQuangTrung等人制作的石墨烯晶体管阵列应变传感器2014年，韩国科学技术研究院的YongJuPark等人[33]改进石墨烯应变传感的工艺，采用弹性纱线与石墨烯结合的方式得到了柔性应变传感器。2016年，澳大利亚墨尔本皇家理工学院的ShuyingWu等人[34]基于石墨烯气凝胶和蜂窝结构裁剪技术，设计了一种灵敏度可调的石墨烯柔性应变传感器。2017年韩国成均馆大学的YoungjinPark等人[35]通过对流自组装法制备了石墨烯纳米片网络薄膜，并尝试了多层薄膜叠加的结构，得到了GF值（传感器规格因数，电阻变化率/应变）最高达1697的传感器。国内相关研究起步稍晚，基本实现与国际同步。2011年，北京大学和中国科学院的WangY等人[36]将石墨烯带转移到预拉伸的PDMS上，释放应力后制成石墨烯波纹带，得到GF值约为-2，应变量程范围约20%的波纹状石墨烯传感器。如图1.4所示。图1.4WangY等人制作的波纹状石墨烯应变传感器
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外军用小型无人机发展现状及趋势[J]. 赵晓宏. 轻兵器. 2017(11)
[2]石墨烯薄膜制备研究进展[J]. 洪泽勇,高林. 山东化工. 2014(11)
[3]国外军用无人机发展现状与趋势[J]. 王树源. 硅谷. 2014(18)
[4]石墨烯的化学气相沉积法制备及其表征[J]. 邹鹏,石文荣,杨书华,黄德欢. 材料科学与工程学报. 2014(02)
[5]石墨烯的表征方法[J]. 彭黎琼,谢金花,郭超,张东. 功能材料. 2013(21)
[6]石墨烯力学性能研究进展[J]. 韩同伟,贺鹏飞,骆英,张小燕. 力学进展. 2011(03)
[7]电接触的接触电阻研究[J]. 许军,李坤. 电工材料. 2011(01)
[8]变体飞机典型形式的历史发展及其应用机型浅析[J]. 艾俊强,李士途. 航空工程进展. 2010(03)
[9]Ductility of metal thin films in flexible electronics[J]. NIU RongMei, LIU Gang, DING XiangDong & SUN Jun State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials and School of Materials Science & Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2008(11)
[10]渗流理论在复合型导电高分子材料研究中的应用[J]. 杨建高,刘成岑,施凯. 化工中间体. 2006(02)
本文编号：3626223
【文章来源】：国防科技大学湖南省211工程院校985工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯是构建其它维度碳材料的基本单元2004年，英国曼彻斯特大学的Novoselov和Geim等人[4]首次采用胶带从高定
国防科技大学研究生院硕士学位论文第4页1.2.2石墨烯柔性应变传感器研究现状（1）石墨烯柔性应变传感器2008年，南洋理工大学的YuTing等人[29]研究了柔性基底上的石墨烯的拉曼光谱实验，通过实验和统计的方法验证了石墨烯的应变敏感特性，论证了其可以作为超敏感应变传感器的材料，从此开启了石墨烯作为柔性应变传感器的大门。2013年，韩国成均馆大学的SangHoonBae等人[30]通过CVD法制备了约10层的石墨烯薄膜，通过掩膜、刻蚀、转移等微纳工艺在PDMS基底上制得石墨烯柔性应变传感器，如图1.2所示。2014年新加坡南洋理工大学的ChaoyiYan等人[31]将褶皱石墨烯与纳米纤维素相混合，在真空过滤后制得石墨烯纳米纸，与柔性基底PDMS（聚二甲基硅氧烷）结合后制得可拉伸的石墨烯柔性纳米纸，能够实现100%的应变感知，包括拉伸、扭转、弯曲。2014年爱尔兰三一学院的ConorS.Boland等人[32]将液态膨胀石墨烯添加到天然橡胶中，开创性的制成了一种新型导电复合材料，能够感知在160Hz频率的速度下变化的应变，可以作为应变传感器的绝佳材料。图1.2SangHoonBae等人制备的花状石墨烯柔性应变传感器同年，韩国成均馆大学TranQuangTrung等人[25]利用还原氧化石墨烯制作晶体管，在柔性基底上制作了传感阵列，利用晶片之间的微耦合效应能够感受到0.02%的应变，如图1.3所示。
国防科技大学研究生院硕士学位论文第5页图1.3TranQuangTrung等人制作的石墨烯晶体管阵列应变传感器2014年，韩国科学技术研究院的YongJuPark等人[33]改进石墨烯应变传感的工艺，采用弹性纱线与石墨烯结合的方式得到了柔性应变传感器。2016年，澳大利亚墨尔本皇家理工学院的ShuyingWu等人[34]基于石墨烯气凝胶和蜂窝结构裁剪技术，设计了一种灵敏度可调的石墨烯柔性应变传感器。2017年韩国成均馆大学的YoungjinPark等人[35]通过对流自组装法制备了石墨烯纳米片网络薄膜，并尝试了多层薄膜叠加的结构，得到了GF值（传感器规格因数，电阻变化率/应变）最高达1697的传感器。国内相关研究起步稍晚，基本实现与国际同步。2011年，北京大学和中国科学院的WangY等人[36]将石墨烯带转移到预拉伸的PDMS上，释放应力后制成石墨烯波纹带，得到GF值约为-2，应变量程范围约20%的波纹状石墨烯传感器。如图1.4所示。图1.4WangY等人制作的波纹状石墨烯应变传感器
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外军用小型无人机发展现状及趋势[J]. 赵晓宏. 轻兵器. 2017(11)
[2]石墨烯薄膜制备研究进展[J]. 洪泽勇,高林. 山东化工. 2014(11)
[3]国外军用无人机发展现状与趋势[J]. 王树源. 硅谷. 2014(18)
[4]石墨烯的化学气相沉积法制备及其表征[J]. 邹鹏,石文荣,杨书华,黄德欢. 材料科学与工程学报. 2014(02)
[5]石墨烯的表征方法[J]. 彭黎琼,谢金花,郭超,张东. 功能材料. 2013(21)
[6]石墨烯力学性能研究进展[J]. 韩同伟,贺鹏飞,骆英,张小燕. 力学进展. 2011(03)
[7]电接触的接触电阻研究[J]. 许军,李坤. 电工材料. 2011(01)
[8]变体飞机典型形式的历史发展及其应用机型浅析[J]. 艾俊强,李士途. 航空工程进展. 2010(03)
[9]Ductility of metal thin films in flexible electronics[J]. NIU RongMei, LIU Gang, DING XiangDong & SUN Jun State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials and School of Materials Science & Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2008(11)
[10]渗流理论在复合型导电高分子材料研究中的应用[J]. 杨建高,刘成岑,施凯. 化工中间体. 2006(02)
本文编号：3626223
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