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石墨烯柔性应变传感器主要由石墨烯片层结构敏感层与柔性衬底组成,具有共形性好、灵敏度高、成本低、加工与应用电路简单等优点,成为柔性传感器领域的一个新兴的研究对象,大多数研究集中在柔性可穿戴与电子皮肤等应用,重点关注灵敏度等指标。本论文研究石墨烯柔性应变传感器的时间响应特性,探索其对工业领域中日益复杂的机械结构进行高动态微应变传感的可能性。首先,通过分析获得了影响石墨烯柔性应变传感器时间响应的主要因素,即柔性衬底、敏感层以及两者之间的结合界面:基于机械波在固体介质中的传播公式,计算了应变在柔性衬底中的传播时间大约在3μs量级,因此判断在数百μs至几十ms的响应时间中,结合界面与敏感层是主要影响因素;分析了不同敏感层结构对响应时间的影响,网状结构比层状结构在传播应力变化方面具有优势;分析了不同强度结合界面对响应时间的影响,较低或者较高强度的结合力都将无法有效传递应变,从而影响响应时间。然后,针对敏感层、界面结合两个关键因素,分别设计了两种不同敏感层结构传感器:平面薄膜结构、二维网格结构,以及三种不同界面结合强度的传感器:弱界面结合应变传感器、强界面结合传感器和适中界面结合传感器。辅以喷涂沉积工艺在基底表面使石墨烯晶片微观堆叠成膜,以引入更多的表面活性位点,改善石墨烯层的化学惰性。同时,引入新型界面改性剂——多巴胺,对界面进行非共价界面结合设计,最终实现敏感层与基底之间的快速脱粘与滑移,以及快响应石墨烯柔性应变传感器的工艺设计与制备。接着,分别对所设计的两种敏感层结构传感器以及三种界面结合强度的传感器结构进行了测试。结果表明:相同界面结合强度下,具有二维网格敏感层结构的传感器相比于平面薄膜结构(700μs)响应时间更快,约260μs;而在相同敏感层结构(二维网格结构)下,当界面结合强度适中时,可以获得最低响应时间为200μs。针对这种二维网格敏感层结构、界面强度适中的传感器进行性能指标评估,得到在1%拉伸应变下,灵敏度达100以上,蠕变仅为4.54%,1000次拉伸循环测试下,相对电阻变化率为7%左右的测试结果,说明由该工艺制备传感器除了快速响应外兼具良好的机械顺从性、高灵敏系数等优秀性能。此外,本论文通过非规则复杂曲面上的共形性界面改性设计,实现了无衬底的石墨烯柔性应变传感器的制备,通过对非规则复杂结构面上4-6μm微应变的实时监测(相对电阻变化率约为6.64%),说明了该快响应柔性应变传感器还具有微应变的精确检测以及非规则结构面上的强共形能力。此外,阵列化柔性应变传感器在非规则球体表面上的成功制备实现对物体表面分布式微应变信号的准确测量。综上,该传感器工艺在结构件检测、生物体征检测等方面均具有应用前景。