面內(nèi)隨機(jī)堆疊石墨烯復(fù)合材料(graphene composites, GC)是可穿戴柔性傳感器的基礎(chǔ)材料之一,但是其壓阻傳感機(jī)理與壓阻性能仍然有待深入研究.本文基于GC的微觀結(jié)構(gòu)特征,利用0～1間均勻分布隨機(jī)數(shù)獲得石墨烯在復(fù)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(jù)GC均勻變形的特點(diǎn)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(shù)、石墨烯片的微觀形態(tài)與電流密度云圖.研究結(jié)果表明, GC中的壓阻效應(yīng)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(yīng)變變化、石墨烯片滑移、分離導(dǎo)致電子遷移路徑和無效片數(shù)量的改變,而GC中石墨烯片密度隨應(yīng)變的變化是影響壓阻效應(yīng)的主要因素.石墨烯片間的相對滑移產(chǎn)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(shù).最后將接觸面的面內(nèi)電阻率設(shè)為應(yīng)變的函數(shù),研究了石墨烯片的接觸效應(yīng)對GC壓阻性能影響,解釋了GC壓阻性能的接觸效應(yīng)和影響機(jī)理.研究結(jié)論可為GC生產(chǎn)方法的改進(jìn)與創(chuàng)新、以及GC壓阻傳感器件的制備提供理論依據(jù)和技術(shù)參考.

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本文編號：4013655