【摘要】：設(shè)計了基于納米修飾石墨烯的濕敏傳感器呼吸檢測裝置,并對其電容濕度傳感器的濕敏特性及呼吸特性進行測試分析。采用自組裝方法制備氧化鋅修飾氧化石墨烯薄膜濕度傳感器,采用電子掃描電鏡對其形貌進行表征,基于555多諧振蕩器和STM32單片機構(gòu)筑了一種柔性薄膜型呼吸檢測裝置,并對其性能進行了測試。實驗結(jié)果表明,該呼吸檢測裝置具有高靈敏度及優(yōu)良的響應(yīng)與恢復特性,并且經(jīng)藍牙同手機通信可實時顯示呼吸頻率,展示了較好的呼吸檢測效果。
【圖文】：

·6H2O溶解到去離子水中，并緩慢加入NaOH(4mol/L)溶液，然后將上述混合溶液攪拌約1h后轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在120°C連續(xù)加熱反應(yīng)12h，之后自然冷卻至室溫。將產(chǎn)物經(jīng)多次離心分離和洗滌后得到ZnO溶液，用于自組裝制備濕敏薄膜。圖1為ZnO/GO薄膜傳感器自組裝制備工藝流程。在柔性聚合物聚酰亞胺襯底上制備有叉指回形電極，采用稀硫酸和氫氧化鈉溶液去污預處理后，浸入聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)溶液，進行PDDA的自組裝。10min后取出用去離子水沖洗并吹干;再浸入聚4-苯乙烯磺酸(PSS)溶液進行PSS的自組裝，上圖1ZnO/GO薄膜傳感器的自組裝制備工藝流程述操作重復1次。然后浸入ZnO溶液，進行ZnO自組裝，20min后取出用去離子水沖洗并吹干;接下來浸入GO溶液中20min，之后洗滌和吹干，重復上述操作5次。最后將制備的器件放入真空干燥箱50°C熱處理3～4h，去除氧化石墨烯上的環(huán)氧基團，得到電學性能改善的氧化鋅/還原氧化石墨烯(ZnO/rGO)薄膜，作為電容型濕敏元件。圖2為采用掃描電子顯微鏡(SEM)對制備樣品ZnO/rGO薄膜的微觀形貌表征圖像。由圖可見，，納米ZnO和石墨烯具有很好的電學連接，而且石墨烯在敏感薄膜上層緊密包裹ZnO粒子。ZnO作為濕敏催化活性中心，石墨烯具有優(yōu)異的電學性能和電子傳輸能力，非常適合作為濕敏傳感器敏感薄膜。圖2ZnO/rGO薄膜結(jié)構(gòu)SEM表征圖1．2測量電路設(shè)計與制作一個正常成年人呼吸時，該傳感器電容在呼吸行為引起的濕度環(huán)境下隨時間變化如圖3所示。器件電容在鼻孔呼氣時隨周圍濕度增加而上升，在鼻孔吸氣時隨周圍濕度降低而下降，與呼吸動作具有較好的一致性。為獲取檢測頻率，采用555器件設(shè)計多諧振蕩器電路，將本文制備的電容式傳感器連入電路中，使多諧振蕩器產(chǎn)生一個頻率變化的矩形波。555

胱鈾釆逑床⒋蹈?接下來浸入GO溶液中20min，之后洗滌和吹干，重復上述操作5次。最后將制備的器件放入真空干燥箱50°C熱處理3～4h，去除氧化石墨烯上的環(huán)氧基團，得到電學性能改善的氧化鋅/還原氧化石墨烯(ZnO/rGO)薄膜，作為電容型濕敏元件。圖2為采用掃描電子顯微鏡(SEM)對制備樣品ZnO/rGO薄膜的微觀形貌表征圖像。由圖可見，納米ZnO和石墨烯具有很好的電學連接，而且石墨烯在敏感薄膜上層緊密包裹ZnO粒子。ZnO作為濕敏催化活性中心，石墨烯具有優(yōu)異的電學性能和電子傳輸能力，非常適合作為濕敏傳感器敏感薄膜。圖2ZnO/rGO薄膜結(jié)構(gòu)SEM表征圖1．2測量電路設(shè)計與制作一個正常成年人呼吸時，該傳感器電容在呼吸行為引起的濕度環(huán)境下隨時間變化如圖3所示。器件電容在鼻孔呼氣時隨周圍濕度增加而上升，在鼻孔吸氣時隨周圍濕度降低而下降，與呼吸動作具有較好的一致性。為獲取檢測頻率，采用555器件設(shè)計多諧振蕩器電路，將本文制備的電容式傳感器連入電路中，使多諧振蕩器產(chǎn)生一個頻率變化的矩形波。555是一個集有數(shù)字電路與模擬電路于一體的集成電路，廣泛應(yīng)用到與時間相關(guān)的電路設(shè)計。由于其外圍電路簡單，故設(shè)計電路成本相對低廉［10-12］。圖3傳感器電容隨呼吸時間測試圖圖4為濕敏傳感器電容與頻率的轉(zhuǎn)換電路。電容C1、C2、傳感器電容C3以及電阻Ｒ1和Ｒ2作為振蕩器的定時元件，決定輸出矩形波正、負脈沖的寬度。555定時器的觸發(fā)輸入端(TＲI)和閾值輸入端(THＲ)與呼53
【作者單位】： 中國石油大學(華東)信息與控制工程學院;
【基金】：山東省重點教學改革研究項目(No.2015Z025) 教育部校企合作專業(yè)綜合改革項目(No.CX2015ZG08GH) 中國石油大學教學改革項目(No.KS-B201407,SY-B201402,JY-B201614)
【分類號】：TP212

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本文編號：2528197