為了克服現(xiàn)有應(yīng)變傳感器在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)上的不足,以還原氧化石墨烯（rGO）為導(dǎo)電填料,納米纖維素（CNF）為骨架,硅橡膠（PDMS）為彈性基體,采用溶劑揮發(fā)法,制備一種層狀結(jié)構(gòu)的柔性應(yīng)變傳感器。分析GO-CNF懸浮液分散性和rGO-CNF/PDMS薄膜傳感器的機(jī)敏性能,分析傳感器的應(yīng)變-電阻響應(yīng)機(jī)理,建立r GO-CNF/PDMS復(fù)合薄膜的壓阻行為預(yù)測(cè)理論模型。研究結(jié)果表明:CNF能有效協(xié)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結(jié)構(gòu)的rGO-CNF薄膜;rGO-CNF/PDMS傳感器能承受較大的拉伸變形（應(yīng)變大于80%）,可通過(guò)調(diào)整基底材料種類(lèi)和厚度進(jìn)行調(diào)節(jié),并且傳感器對(duì)應(yīng)變具有較高的靈敏度（靈敏系數(shù)為12～41）,可通過(guò)調(diào)整rGO和CNF的摻量進(jìn)行調(diào)節(jié);rGO-CNF/PDMS復(fù)合薄膜的壓阻行為預(yù)測(cè)理論模型所得應(yīng)變與電阻的關(guān)系與實(shí)測(cè)結(jié)果較吻合。 

【文章來(lái)源】：中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,51(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

rGO-CNF/PDMS薄膜傳感器制備流程示意圖

圖2所示為rGO,CNF和rGO-CNF懸浮液的紫外-可見(jiàn)吸收光譜圖。從圖2可見(jiàn)：由于rGO團(tuán)聚在一起產(chǎn)生隧道效應(yīng)，rGO懸浮液在200～1 100 nm光譜范圍內(nèi)沒(méi)有吸收峰；CNF懸浮液分散良好，出現(xiàn)了特征吸收峰；rGO和CNF的混合溶液在270 nm附近也出現(xiàn)了特征吸收峰，但并不是rGO和CNF吸光度的疊加，說(shuō)明這兩者不是簡(jiǎn)單的物理混合，而是發(fā)生了化學(xué)作用，削弱了一些基團(tuán)峰，但相互作用不明顯。圖3所示為rGO和rGO-CNF懸浮液靜置24 h前后粒子懸浮狀態(tài)對(duì)比圖。從圖3可見(jiàn)：靜置24 h后，rGO懸浮液由于rGO碎片團(tuán)聚，出現(xiàn)明顯沉淀，而rGO-CNF復(fù)合物懸浮液仍呈現(xiàn)出均勻分散的懸浮狀態(tài)。圖4所示為2種懸浮液的電阻R隨時(shí)間變化情況。從圖4可見(jiàn)：rGO懸浮液的電阻隨時(shí)間逐漸增大，而rGO-CNF懸浮液的電阻較穩(wěn)定。以上現(xiàn)象均表明CNF能有效協(xié)助rGO分散，形成穩(wěn)定的懸浮液。另外，CNF之間彼此交錯(cuò)連接，易形成便于離子和電子傳輸?shù)亩嗫捉Y(jié)構(gòu)。圖5所示為是否摻加CNF所形成的2種薄膜的吸水能力對(duì)比。在2種薄膜上滴少量的去離子水，rGO-CNF薄膜上的水被快速吸收，而純r(jià) GO薄膜上的水很難浸入薄膜內(nèi)，表明rGO-CNF薄膜存在很多孔隙結(jié)構(gòu)，而rGO薄膜較密實(shí)。圖3 rGO和rGO-CNF懸浮液靜置前后粒子懸浮狀態(tài)對(duì)比

rGO和rGO-CNF懸浮液靜置前后粒子懸浮狀態(tài)對(duì)比

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]面向結(jié)構(gòu)形變重構(gòu)的應(yīng)變傳感器優(yōu)化布局[J]. 蔡智恒,周金柱,唐寶富,李海洋,劉威.  振動(dòng)與沖擊. 2019(14)
[2]基于單壁碳納米管的壓阻式柔性傳感器[J]. 鄭富中,吳英,張杰,楊興.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2019(07)
[3]纖維素納米纖絲-碳納米管/天然橡膠柔性導(dǎo)電彈性體的合成與性能[J]. 韓景泉,陸凱悅,岳一瑩,梅長(zhǎng)彤,王慧祥,嚴(yán)鵬彬,徐信武.  新型炭材料. 2018(04)
[4]一種接觸式三維應(yīng)變花的工作原理及其應(yīng)用[J]. 李順群,高凌霞,馮慧強(qiáng),張少峰.  巖土力學(xué). 2015(05)
[5]多壁碳納米管/硅橡膠復(fù)合材料壓敏元件特性[J]. 耿勝男,王鵬,丁天懷.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2012(08)



本文編號(hào)：3015342