基于MXene/石墨烯的柔性压力传感器的制备及性能研究

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由于科学技术的快速发展,人类的生活水平发生巨大的改变,人们对实时人体健康监测的需求迅速增长。近年来研究人员对可穿戴传感器和植入式设备进行了大量的研究,柔性压力传感器作为可穿戴设备的一种,也广受关注。石墨烯作为一种新型的二维材料,由于其在力学、热学、电学等方面的优势,在世界范围内引起了传感器研究领域的一股热潮。另一种二维材料MXene表面悬挂的官能团使其拥有良好的亲水性和导电性,且拥有良好的稳定性和机械性能。因其本身的独特结构和优秀性能,在制作超级电容器和压力传感器、光电催化等方面同样具有良好的应用前景。鉴于以上背景,本论文对柔性压力传感器进行了一系列研究,内容包括传感器器件制作、测试系统制造等。第一章绪论介绍了本论文的研究背景及意义,就实验所需石墨烯的结构特点和国内外研究现状,以及二维材料MXene的结构特点以及应用场景进行描述,并根据压力传感器的感应机制介绍了常见压力传感器的种类,最后讲述本论文的主要研究内容。第二章介绍了柔性压力传感器的实验部分。首先介绍了实验所需材料与仪器,然后对实验材料所用的表征方法进行讲解,并就性能测试的方法和测试系统进行描述。第三章设计并制备了一种基于激光雕刻还原氧化石墨烯的柔性压力传感器。首先对石墨烯材料进行研究,对其进行形貌和结构分析;然后介绍了激光雕刻还原氧化石墨烯柔性压力传感器的制备方法,这种传感器在低压范围内表现良好,灵敏度为1.7 k Pa-1,并且能够实时监测到脉搏、声音等肢体活动。第四章设计并制备了基于激光雕刻还原氧化石墨烯/MXene的柔性压力传感器。首先对激光雕刻还原氧化石墨烯和MXene复合电极进行介绍,对其进行结构分析;然后介绍了激光雕刻还原氧化石墨烯/MXene柔性压力传感器的设计和制备方法,最后对其进行各项性能测试和应用测试,这种传感器的灵敏度较第三章中以激光雕刻还原氧化石墨烯为导电材料的传感器灵敏度高,在低压范围内灵敏度为2.25 k Pa-1。此外,还设计了一个4×4的压力传感器阵列,表明其用于大规模集成的可能性。第五章是论文的总结与展望,对本论文的主要研究内容进行总结和反思,以及对未来的展望。
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