功能化石墨烯薄膜的制备及其应用于可穿戴式传感器研究

发布时间：2020-05-09 15:39

【摘要】：随着现代社会的不断发展,人们对于健康的生活需求也不断提高,如何实现便捷、实时的健康监护和疾病早期诊断已经成为人们亟待解决的问题。可穿戴式传感器由于其操作简单,可以穿戴在用户身上对人体的生理生化指标进行实时的监测而得到了人们的广泛关注,开发新型的柔性传感器材料用于构建可穿戴式传感器具有重要的意义。石墨烯材料具有独特的二维纳米结构、高比表面积、良好的导电性和柔韧性等特点,在柔性传感、生物医学、电子器件、化学化工等领域都有很高的应用价值。本论文开发制备了多种功能石墨烯薄膜材料,包括石墨烯自支撑薄膜、卟啉功能化的石墨烯薄膜、具有多孔微结构的石墨烯薄膜和石墨烯导电织物材料,发掘了这些功能化石墨烯材料的特性,并用于新型的柔性可穿戴传感装置的构建,实现对多种人体生理信号、动作以及VOCs标志物的传感检测。具体的研究内容有:1、制备了柔性的石墨烯自支撑薄膜并以此为基础制备了卟啉功能化的石墨烯薄膜,研究了其对VOC标志物气体的响应能力。使用四种不同的卟啉功能化石墨烯薄膜构建了新型的柔性可穿戴气体传感阵列,并实现了对多种VOC气体的区分与检测。2、制备了柔性的多孔石墨烯薄膜,并研究了其在各种应变状态下的相对电阻变化性能;将多孔石墨烯薄膜与卟啉功能化的石墨烯阵列相结合,构建了新型的多功能可穿戴石墨烯传感阵列。利用多孔的rGO薄膜构成的应力响应层,实现对人体的脉搏、呼气频率等生理信号的实时监测。利用由卟啉修饰的rGO气体传感阵列的电学信号变化结合模式识别技术实现对人体呼气中VOC标志物的辨别和分析,实现了糖尿病患者、肾病患者和健康人的区分。3、制备了柔性的石墨烯导电织物材料,并研究了其对应力的响应特性;通过在导电石墨烯织物上进一步制备对VOC标志物气体色敏响应的聚二炔阵列,来构建新型的多功能可穿戴传感阵列,对VOC标志物和人体生理信号及动作的同时监测研究。本论文的工作丰富了功能化石墨烯材料的研究内容,研究了功能化石墨烯材料的气体传感特性和应力响应特性,发展了其在生物医学领域的应用。
【图文】：

备了仅有单层碳原子构成的石墨烯薄片[1]。在优异的物理化学性质受到了科研工作者的广泛力学特性，碳碳键的结构刚性使得其成为世界0Gpa。石墨烯的碳原子以肩并肩的方式形成离这使得石墨烯具有超导电性和高载流子迁移良的热导体，其热导率可达 5000W/m2K。由巨大的比表面积，其比表面积可达 2630m2/g[2和电化学还原得到还原氧化石墨烯，这种方法可能。力学上的不稳定性，不管是自由状态存在的石全平整的平面，其表面都存在着微观尺度的褶墨烯的电学和光学特性。除了褶皱之外，石墨裂纹等，这些缺陷都会影响石墨烯本身的特性缺陷从而改变石墨烯的性能，用功能化的石墨

备化还原法来进行制备，用鳞片石墨作为原料，到氧化石墨，并且该氧化石墨的层与层之间的得到片层状的氧化石墨烯，再通过化学方法进是石墨烯可以通过以下的方法来制备成石墨烯薄膜化石墨烯溶液，然后使用快速真空抽滤的方法再将氧化石墨烯还原并且溶解下层的滤膜就化石墨烯溶液还原成石墨烯溶液，再通过真空然后将滤膜去除即可。Eda[4]等人使用氧化石烯水溶液用真空抽滤法沉积在混合纤维素酯材石墨烯薄膜，，然后他们去除了混合纤维素酯材玻璃基底上，再使用化学还原法将其还原就得
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2;TP212.3;R446.1

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本文编号：2656363