面內隨機堆疊石墨烯復合材料(graphene composites, GC)是可穿戴柔性傳感器的基礎材料之一,但是其壓阻傳感機理與壓阻性能仍然有待深入研究.本文基于GC的微觀結構特征,利用0～1間均勻分布隨機數獲得石墨烯在復合材料中的位置和方向,建立了二維GC壓阻傳感器模型.根據GC均勻變形的特點和有限單元法發(fā)展了GC壓阻性能的計算方法,計算得到了相對電阻、靈敏度系數、石墨烯片的微觀形態(tài)與電流密度云圖.研究結果表明, GC中的壓阻效應是由于在變形過程中石墨烯形態(tài)的改變,包括GC中石墨烯片的密度隨應變變化、石墨烯片滑移、分離導致電子遷移路徑和無效片數量的改變,而GC中石墨烯片密度隨應變的變化是影響壓阻效應的主要因素.石墨烯片間的相對滑移產生線性傳感特征,分離反之.高面分比GC與大尺寸石墨烯的GC擁有較大的感知范圍,低面分比GC和小尺寸石墨烯的GC具有更高的靈敏度系數.最后將接觸面的面內電阻率設為應變的函數,研究了石墨烯片的接觸效應對GC壓阻性能影響,解釋了GC壓阻性能的接觸效應和影響機理.研究結論可為GC生產方法的改進與創(chuàng)新、以及GC壓阻傳感器件的制備提供理論依據和技術參考.

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本文編號：4013655