柔性可穿戴應(yīng)變傳感器在遠程精準(zhǔn)醫(yī)療、人體運動檢測、人工智能等領(lǐng)域應(yīng)用潛能巨大。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和金屬基剛性應(yīng)變傳感器難以同時滿足高拉伸、高靈敏度的要求,嚴(yán)重影響其測量穩(wěn)定性、測量精度和測量范圍,而新型的碳材料由于具有良好的導(dǎo)電性和機械性能、生物相容性、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及表面易于修飾等優(yōu)點,是柔性可穿戴應(yīng)變傳感器的理想備選材料。本論文工作利用共價交聯(lián)、表面修飾與微納多級導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等策略,設(shè)計制備系列柔性的應(yīng)變傳感器材料,其中包括共價交聯(lián)的三維石墨烯泡沫材料、石墨烯/亞麻織物碳復(fù)合材料、石墨烯納米帶/聚酰亞胺高分子聚合物超薄復(fù)合薄膜材料,傳感器檢測的靈敏性和穩(wěn)定性優(yōu)良,成功應(yīng)用于人體關(guān)節(jié)運動和脈搏、發(fā)聲振動等監(jiān)測。主要研究內(nèi)容如下:(1)基于共價交聯(lián)策略構(gòu)建超高彈性三維石墨烯泡沫壓力傳感材料。通過聚醚胺(D400)與氧化石墨烯表面含氧官能團的共價交聯(lián),制備得到三維氧化石墨烯泡沫材料,溫和熱還原脫除氧化石墨烯表面含氧官能團,得到的共價交聯(lián)石墨烯泡沫具有良好的壓縮性和導(dǎo)電性。共價交聯(lián)的石墨烯泡沫在不同的壓縮應(yīng)變下具有可調(diào)的電導(dǎo)率和超靈敏的壓力響應(yīng)(在3.5-5 kPa范圍內(nèi)壓力靈敏度為0.04...

【文章頁數(shù)】：152 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
1 緒論
    1.1 應(yīng)變傳感器的結(jié)構(gòu)
    1.2 碳基應(yīng)變傳感器材料
        1.2.1 炭黑基應(yīng)變傳感器
        1.2.2 碳納米管基應(yīng)變傳感器
        1.2.3 石墨烯基應(yīng)變傳感器
        1.2.4 紡織材料應(yīng)變傳感器
        1.2.5 復(fù)合型碳材料基應(yīng)變傳感器
    1.3 本論文的研究思路與內(nèi)容
2 實驗
    2.1 實驗原料
    2.2 實驗設(shè)備及表征儀器
    2.3 材料組成與結(jié)構(gòu)表征方法
        2.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.2 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.3 X射線衍射(XRD)
        2.3.4 元素分析(EA)
        2.3.5 拉曼光譜(Raman)
        2.3.6 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)
        2.3.7 X射線光電子能譜(XPS)
        2.3.8 熱重分析(TGA)
    2.4 材料傳感性能測試
        2.4.1 泡沫材料壓力傳感測試方法
        2.4.2 材料拉伸應(yīng)變傳感測試方法
        2.4.3 薄膜材料壓力傳感測試方法
3 石墨烯基泡沫材料壓力傳感性能研究
    3.1 引言
    3.2 材料制備
        3.2.1 氧化石墨烯的制備
        3.2.2 模板法石墨烯泡沫的制備
        3.2.3 共價交聯(lián)石墨烯泡沫的制備
    3.3 模板法石墨烯泡沫制備及其性能研究
        3.3.1 不同濃度氧化石墨烯對石墨烯泡沫的影響
        3.3.2 石墨烯泡沫復(fù)合材料壓敏性能研究
    3.4 共價交聯(lián)石墨烯泡沫壓力傳感性能
        3.4.1 交聯(lián)劑使用量對石墨烯泡沫的影響
        3.4.2 熱處理溫度對復(fù)合型石墨烯泡沫的影響
        3.4.3 復(fù)合型石墨烯泡沫作為壓力傳感器性能研究
    3.5 本章小結(jié)
4 石墨烯/織物衍生碳復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)變傳感器
    4.1 引言
    4.2 材料制備
        4.2.1 棉織物衍生碳復(fù)合型傳感器的制備
        4.2.2 銀納米線的制備
        4.2.3 銀納米線/石墨烯/亞麻織物碳復(fù)合型柔性傳感器的制備
    4.3 棉織物衍生碳復(fù)合型傳感性能研究
        4.3.1 基底材料選擇
        4.3.2 碳化溫度對基底材料的影響
        4.3.3 石墨烯/棉紡織物衍生碳傳感器
    4.4 銀納米線/石墨烯/亞麻織物衍生碳復(fù)合型柔性傳感器
        4.4.1 亞麻織物衍生碳材料傳感性能研究
        4.4.2 石墨烯載量對傳感器性能的影響
        4.4.3 銀納米線修飾對復(fù)合型傳感器性能響
    4.5 柔性可穿戴傳感器
    4.6 本章小結(jié)
5 石墨烯納米帶/聚酰亞胺復(fù)合型超薄柔性可穿戴壓力傳感器
    5.1 引言
    5.2 材料制備
        5.2.1 石墨烯納米帶的制備
        5.2.2 水溶性聚酰胺酸的制備
        5.2.3 石墨烯納米帶/聚酰亞胺復(fù)合型傳感器的制備
        5.2.4 銀納米線/石墨烯納米帶/聚酰亞胺復(fù)合型傳感器的制備
    5.3 氧化石墨烯納米帶的制備及表征
    5.4 石墨烯納米帶/聚酰亞胺復(fù)合膜的研究
    5.5 銀納米線/石墨烯納米帶/聚酰亞胺復(fù)合薄膜傳感器
    5.6 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間科研項目及科研成果
致謝
作者簡介



本文編號：3985594