【摘 要】
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柔性电子器件可以在承受较大变形的同时使其电子电路本身不受变形的影响。石墨烯作为2D材料,大气环境下有高电子迁移率、极好的机械属性,可以用于制作可拉伸穿戴器件,本文主要进行基于石墨烯与类石墨烯材料的多功能柔性传感器的研究。主要研究内容包括:(1)在锗(110)衬底上通过化学气相沉积(CVD)生长石墨烯,并通过原子力显微镜(AFM)与Raman光谱对其进行表征。表征结果显示,我们成功地制备出高质量的单
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柔性电子器件可以在承受较大变形的同时使其电子电路本身不受变形的影响。石墨烯作为2D材料,大气环境下有高电子迁移率、极好的机械属性,可以用于制作可拉伸穿戴器件,本文主要进行基于石墨烯与类石墨烯材料的多功能柔性传感器的研究。主要研究内容包括:(1)在锗(110)衬底上通过化学气相沉积(CVD)生长石墨烯,并通过原子力显微镜(AFM)与Raman光谱对其进行表征。表征结果显示,我们成功地制备出高质量的单层石墨烯。基于石墨烯以及氧化石墨烯材料,通过图案化石墨烯、转移石墨烯、长金属、喷涂等工艺步骤制作了柔性石墨烯湿度传感器,并对传感器的湿度响应进行测试并对其响应机制进行分析。测试结果表明,该传感器能对湿度进行响应,并且其整体灵敏度达到0.57%/1%RH。由于水分子吸附方式不同,柔性石墨烯湿度传感器能够以两种不同的机制对不同含量的湿度做出响应。(2)基于石墨烯以及还原氧化石墨烯材料,通过图案化石墨烯、转移石墨烯、长金属、喷涂等工艺步骤制作了柔性石墨烯温度传感器,并对传感器的温度响应进行测试。测试分析结果表明,还原氧化石墨烯会随着温度的增加而表现出电阻降低的特性,且该过程是线性的。经计算,传感器对温度的灵敏度达到0.31%/(3)设计并制作了柔性石墨烯压力传感器和柔性石墨烯接近传感器。通过图案化石墨烯、转移石墨烯、长金属以及层压工艺制作柔性石墨烯压力传感器,并对传感器的压力响应进行测试。测试结果表明传感器在不同压力下电容变化明显,且其对压力的灵敏度达到0.42%/k Pa。同样地,通过石墨烯的生长、图案化、转移以及后续的长金属操作,我们制作了基于平面电容器边缘效应的柔性石墨烯接近传感器,并对该传感器进行接近测测。测试发现物体接近传感器时,传感器电容急剧下降。对传感器进行优化,优化后性能提高5倍左右。(4)设计并制作了柔性石墨烯多功能传感器。通过锗基石墨烯的生长,图案化,转移后长金属电极,并喷涂氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯,可以较为快速地制作出不同的柔性石墨烯传感器,分别作为多功能传感器的上下两层,将两层传感器以90度角层压为一体,得到能够测量湿度、温度、压力、接近四种信号的柔性石墨烯多功能传感器。而后,使用相应的测试环境与测试设备分别对四种信号进行响应测试,并对多功能传感器中的温度响应、湿度响应和压力响应进行选择性测试,测试结果显示该传感器各功能正常且功能选择性良好。
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