【摘要】：設(shè)計(jì)了基于納米修飾石墨烯的濕敏傳感器呼吸檢測(cè)裝置,并對(duì)其電容濕度傳感器的濕敏特性及呼吸特性進(jìn)行測(cè)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(duì)其形貌進(jìn)行表征,基于555多諧振蕩器和STM32單片機(jī)構(gòu)筑了一種柔性薄膜型呼吸檢測(cè)裝置,并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該呼吸檢測(cè)裝置具有高靈敏度及優(yōu)良的響應(yīng)與恢復(fù)特性,并且經(jīng)藍(lán)牙同手機(jī)通信可實(shí)時(shí)顯示呼吸頻率,展示了較好的呼吸檢測(cè)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(yù)處理后，浸入聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)溶液，進(jìn)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(jìn)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(fù)1次。然后浸入ZnO溶液，進(jìn)行ZnO自組裝，20min后取出用去離子水沖洗并吹干;接下來(lái)浸入GO溶液中20min，之后洗滌和吹干，重復(fù)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(tuán)，得到電學(xué)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(duì)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(xué)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(xué)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(cè)量電路設(shè)計(jì)與制作一個(gè)正常成年人呼吸時(shí)，該傳感器電容在呼吸行為引起的濕度環(huán)境下隨時(shí)間變化如圖3所示。器件電容在鼻孔呼氣時(shí)隨周圍濕度增加而上升，在鼻孔吸氣時(shí)隨周圍濕度降低而下降，與呼吸動(dòng)作具有較好的一致性。為獲取檢測(cè)頻率，采用555器件設(shè)計(jì)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(gè)頻率變化的矩形波。555

胱鈾釆逑床⒋蹈?接下來(lái)浸入GO溶液中20min，之后洗滌和吹干，重復(fù)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(tuán)，得到電學(xué)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(duì)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(xué)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(xué)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(cè)量電路設(shè)計(jì)與制作一個(gè)正常成年人呼吸時(shí)，該傳感器電容在呼吸行為引起的濕度環(huán)境下隨時(shí)間變化如圖3所示。器件電容在鼻孔呼氣時(shí)隨周圍濕度增加而上升，在鼻孔吸氣時(shí)隨周圍濕度降低而下降，與呼吸動(dòng)作具有較好的一致性。為獲取檢測(cè)頻率，采用555器件設(shè)計(jì)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(gè)頻率變化的矩形波。555是一個(gè)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(shí)間相關(guān)的電路設(shè)計(jì)。由于其外圍電路簡(jiǎn)單，故設(shè)計(jì)電路成本相對(duì)低廉［10-12］。圖3傳感器電容隨呼吸時(shí)間測(cè)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(shí)元件，決定輸出矩形波正、負(fù)脈沖的寬度。555定時(shí)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(guó)石油大學(xué)(華東)信息與控制工程學(xué)院;
【基金】：山東省重點(diǎn)教學(xué)改革研究項(xiàng)目(No.2015Z025) 教育部校企合作專業(yè)綜合改革項(xiàng)目(No.CX2015ZG08GH) 中國(guó)石油大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目(No.KS-B201407,SY-B201402,JY-B201614)
【分類號(hào)】：TP212

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本文編號(hào)：2528197