發(fā)布時(shí)間：2022-02-15 07:45

　　無(wú)人變體飛行器是未來(lái)軍事斗爭(zhēng)的重要載體,對(duì)其機(jī)體結(jié)構(gòu)形變的精確感知是影響其任務(wù)成功性的重要因素。傳統(tǒng)應(yīng)變傳感器應(yīng)用于無(wú)人變體飛行器時(shí)具有剛性、體積大等諸多局限性,迫切需要研究一種柔性、可粘附的新型應(yīng)變傳感器。近年來(lái),新興材料石墨烯薄膜由于其優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)等特性,已成為柔性應(yīng)變傳感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但目前,該領(lǐng)域的研究多集中于石墨烯器件的結(jié)構(gòu)、工藝上,應(yīng)變敏感機(jī)理差異較大且尚不明確。同時(shí),石墨烯材料制備條件嚴(yán)苛,工藝復(fù)雜,成本高昂,難以在工程中實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)該問(wèn)題,論文從低成本、靈敏度與量程相互平衡的角度出發(fā),對(duì)兩種低成本制備方法得到的石墨烯膜的應(yīng)變機(jī)理與傳感器的設(shè)計(jì)制造工藝開(kāi)展深入研究。論文主要內(nèi)容包括:1、基于導(dǎo)電路徑破壞理論的薄膜應(yīng)變敏感機(jī)理與傳感器結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)在充分調(diào)研薄膜應(yīng)變敏感機(jī)理與石墨烯薄膜材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,結(jié)合薄膜應(yīng)變傳感器現(xiàn)有敏感機(jī)理研究成果,提出了基于納米片重疊理論與導(dǎo)電路徑破壞理論相結(jié)合的石墨烯薄膜應(yīng)變敏感機(jī)理,推導(dǎo)出了敏感電阻的趨勢(shì)變化模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同的薄膜應(yīng)變敏感材料的特征描述。2、基于鎳基CVD石墨烯膜的柔性應(yīng)變傳感器以鎳基CVD（Chemica... 

【文章來(lái)源】：國(guó)防科技大學(xué)湖南省211工程院校985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：99 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

石墨烯是構(gòu)建其它維度碳材料的基本單元2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的Novoselov和Geim等人[4]首次采用膠帶從高定

國(guó)防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第4頁(yè)1.2.2石墨烯柔性應(yīng)變傳感器研究現(xiàn)狀（1）石墨烯柔性應(yīng)變傳感器2008年，南洋理工大學(xué)的YuTing等人[29]研究了柔性基底上的石墨烯的拉曼光譜實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)的方法驗(yàn)證了石墨烯的應(yīng)變敏感特性，論證了其可以作為超敏感應(yīng)變傳感器的材料，從此開(kāi)啟了石墨烯作為柔性應(yīng)變傳感器的大門(mén)。2013年，韓國(guó)成均館大學(xué)的SangHoonBae等人[30]通過(guò)CVD法制備了約10層的石墨烯薄膜，通過(guò)掩膜、刻蝕、轉(zhuǎn)移等微納工藝在PDMS基底上制得石墨烯柔性應(yīng)變傳感器，如圖1.2所示。2014年新加坡南洋理工大學(xué)的ChaoyiYan等人[31]將褶皺石墨烯與納米纖維素相混合，在真空過(guò)濾后制得石墨烯納米紙，與柔性基底PDMS（聚二甲基硅氧烷）結(jié)合后制得可拉伸的石墨烯柔性納米紙，能夠?qū)崿F(xiàn)100%的應(yīng)變感知，包括拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲。2014年愛(ài)爾蘭三一學(xué)院的ConorS.Boland等人[32]將液態(tài)膨脹石墨烯添加到天然橡膠中，開(kāi)創(chuàng)性的制成了一種新型導(dǎo)電復(fù)合材料，能夠感知在160Hz頻率的速度下變化的應(yīng)變，可以作為應(yīng)變傳感器的絕佳材料。圖1.2SangHoonBae等人制備的花狀石墨烯柔性應(yīng)變傳感器同年，韓國(guó)成均館大學(xué)TranQuangTrung等人[25]利用還原氧化石墨烯制作晶體管，在柔性基底上制作了傳感陣列，利用晶片之間的微耦合效應(yīng)能夠感受到0.02%的應(yīng)變，如圖1.3所示。

國(guó)防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第5頁(yè)圖1.3TranQuangTrung等人制作的石墨烯晶體管陣列應(yīng)變傳感器2014年，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院的YongJuPark等人[33]改進(jìn)石墨烯應(yīng)變傳感的工藝，采用彈性紗線與石墨烯結(jié)合的方式得到了柔性應(yīng)變傳感器。2016年，澳大利亞墨爾本皇家理工學(xué)院的ShuyingWu等人[34]基于石墨烯氣凝膠和蜂窩結(jié)構(gòu)裁剪技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種靈敏度可調(diào)的石墨烯柔性應(yīng)變傳感器。2017年韓國(guó)成均館大學(xué)的YoungjinPark等人[35]通過(guò)對(duì)流自組裝法制備了石墨烯納米片網(wǎng)絡(luò)薄膜，并嘗試了多層薄膜疊加的結(jié)構(gòu)，得到了GF值（傳感器規(guī)格因數(shù)，電阻變化率/應(yīng)變）最高達(dá)1697的傳感器。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究起步稍晚，基本實(shí)現(xiàn)與國(guó)際同步。2011年，北京大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院的WangY等人[36]將石墨烯帶轉(zhuǎn)移到預(yù)拉伸的PDMS上，釋放應(yīng)力后制成石墨烯波紋帶，得到GF值約為-2，應(yīng)變量程范圍約20%的波紋狀石墨烯傳感器。如圖1.4所示。圖1.4WangY等人制作的波紋狀石墨烯應(yīng)變傳感器

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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