【摘要】：近年來(lái),石墨烯復(fù)合傳感材料被廣泛應(yīng)用在應(yīng)變傳感器中。特別隨著當(dāng)今科技的發(fā)展,可穿戴設(shè)備、柔性屏幕、機(jī)器人電子皮膚以及柔性應(yīng)變傳感器的問(wèn)世對(duì)傳感材料的要求越來(lái)越嚴(yán)苛。而柔性應(yīng)變傳感材料作為應(yīng)變傳感器中的重要組成部分,是監(jiān)測(cè)應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)鍵所在。當(dāng)前的電阻型應(yīng)變傳感材料的原理是:材料在受到應(yīng)力或形變后結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致電阻變化,撤去應(yīng)力后結(jié)構(gòu)電阻恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。傳統(tǒng)的石墨烯/聚合物柔性應(yīng)變傳感材料(尤其是塊狀氣凝膠壓縮材料)中引入大量柔性高分子,因此很難兼顧材料的彈性和導(dǎo)電性。除此之外,材料的壓縮抗疲勞特性(壓縮循環(huán)次數(shù))以及傳感材料的電信號(hào)穩(wěn)定性也有待提高。在彎曲傳感方面,具有高彎曲靈敏度、高導(dǎo)電性(低驅(qū)動(dòng)電壓)和彎曲穩(wěn)定性的傳感材料仍然是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文首先以325目的鱗片狀石墨通過(guò)化學(xué)氧化法制備了氧含量高達(dá)47.11 wt%,碳氧含量質(zhì)量比為1.03的氧化石墨。含有大量羥基、羧基、環(huán)氧基的氧化石墨可以在去離子水中通過(guò)超聲作用均勻分散,并得到了層數(shù)在6層以內(nèi)的氧化石墨烯(GO)片。然后在制備石墨烯/羧甲基纖維素(GE/CMC)可壓縮電阻式應(yīng)變傳感氣凝膠之前,我們首先通過(guò)zeta電位分析以及氣凝膠的成型情況確定了GO水分散液的濃度為5mg/m L。通過(guò)控制CMC的添加量改變復(fù)合氣凝膠的柔彈性和孔洞結(jié)構(gòu),并經(jīng)過(guò)水合肼蒸氣還原后,優(yōu)選出孔洞結(jié)構(gòu)均勻致密且具有較好壓縮回彈性的GE/CMC-2導(dǎo)電氣凝膠作為壓縮應(yīng)變傳感材料進(jìn)行傳感性能測(cè)試。結(jié)果表明,可壓縮的GE/CMC-2氣凝膠在70%壓縮應(yīng)變條件下的電導(dǎo)率為86.73 S/m,并且氣凝膠在經(jīng)過(guò)上千次的疲勞壓縮測(cè)試后的電導(dǎo)率值仍然比較穩(wěn)定;在4000次50%應(yīng)變的循環(huán)壓縮測(cè)試后,材料的相對(duì)電阻信號(hào)曲線比較規(guī)律,并且無(wú)明顯的變形;70%壓縮應(yīng)變時(shí)靈敏度GF可達(dá)1.58。但是條狀GE/CMC-2氣凝膠的彎曲信號(hào)響應(yīng)及重復(fù)性仍然有待提高。為了改進(jìn)傳感材料的彎曲應(yīng)變電阻響應(yīng),我們采用真空抽濾-層層自組裝的方法,在優(yōu)選了GO濃度(3 mg/mL)以及還原條件(氫碘酸70℃還原60 min)后,控制CMC含量以及自組裝條件得到GE/CMC復(fù)合薄膜,并將GE/CMC薄膜鍍上一層1 mm厚的硅橡膠提高薄膜的彎曲可操作性。結(jié)果表明:GE/CMC-30薄膜彎曲應(yīng)變時(shí)的電流信號(hào)響應(yīng)較為規(guī)律,并且在1 mV的低電壓驅(qū)動(dòng)下具有明顯的電流響應(yīng),薄膜的電導(dǎo)率為1321.9 S/m。GE/CMC-30復(fù)合薄膜在90°的正向彎曲應(yīng)變時(shí)的應(yīng)變靈敏度BS高達(dá)0.83rad~(-1);薄膜90°正向彎曲應(yīng)變時(shí)的響應(yīng)時(shí)間小于190 ms。在恒電壓驅(qū)動(dòng)時(shí),薄膜在彎曲時(shí)的電流信號(hào)可以轉(zhuǎn)換成電阻信號(hào),并且可以線性擬合成相對(duì)電阻R/R_0與彎曲角度θ之間的關(guān)系,由相對(duì)電阻的值推算出大致的彎曲應(yīng)變角度;在500次的0-90°正向循環(huán)彎曲測(cè)試中,GE/CMC-30具有穩(wěn)定的彎曲信號(hào)響應(yīng)。
【圖文】：

從此也開(kāi)啟了碳材料研究的新篇章：石墨烯化學(xué)以及材料工作者的研究熱點(diǎn)。，石墨烯嚴(yán)格意義上是從多層的石墨中剝離得到的單層有一層或幾層（10 層以內(nèi)）的也稱為石墨烯。如圖 1-1間以 sp2軌道雜化形成的六邊形蜂窩的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，蜂子之間連線所形成的角度均為 120°，每層碳原子組成的是 3.35 。碳原子間的 sp2雜化中，含有的化學(xué)鍵為：子之間經(jīng)較強(qiáng)的 σ 鍵而彼此相連；且六邊形碳環(huán)中，每子在碳環(huán)相鄰平面附近形成貫穿整個(gè)碳原子平面的大 引而發(fā)生不可逆的堆疊主要就是因?yàn)榇?π 鍵之間的 π-π證絕對(duì)的平整，熱力學(xué)上的不穩(wěn)定使得石墨烯層呈現(xiàn)褶。并且由于石墨烯是由碳元素組成的，表面和邊緣均沒(méi)疏水的特性。

第一章 緒論導(dǎo)電橋梁的作用；薄膜的有效拉伸長(zhǎng)度可以達(dá)到初始長(zhǎng)度的 3 倍；并且由于復(fù)合導(dǎo)電傳感薄膜僅有一側(cè)存在 PDMS 硅橡膠，所以向薄膜不同側(cè)方向彎曲時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化不一樣，從而正向彎曲和反向彎曲時(shí)具有不同的相對(duì)電阻響應(yīng)，正向彎曲電阻 R 變大，R/R0大于 1；反向彎曲電阻 R 減小，，R/R0值小于 1（見(jiàn)圖 1-2）。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2614528