改性石墨烯_TPU复合材料的制备及其介电传感特性研究

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1、学校代码10459学号或申请号201512192464密级硕士学位论文改性石墨烯/TPU复合材料的制备及其介电传感特性研究作者姓名：许博皓导师姓名：陈金周教授刘旭影副教授学科门类：工科专业名称：包装材料与工程培养院系：材料科学与工程学院完成时间：2018年5月AThesisSubmittedtoZhengzhouUniversityfortheDegreeofMasterPreparationandDielectricSensingPropertyofModifiedGraphene/Thermalplasticpolyure

2、thaneByBohaoXuSupervisor:Prof.JinzhouChenAssociatedProf.XuyingLiuPackagingMaterialsandEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringMay2018学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

3、本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：2018年5月30日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定

4、。学位论文作者：日期：2018年5月30日摘要摘要聚合物基复合材料在介电传感领域的应用十分广泛。具有高介电常数的复合材料能够有效提升传感器的性能，然而其相关研究却较为匮乏。因此，制备新的高介电常数复合材料是目前的研究焦点之一。研究表明，石墨烯能够明显提高聚物基体的介电性能，但其在聚合物中的较差分散性，影响了传感器的性能。本课题分别用长链烷基胺修饰和壳聚糖包覆的不同修饰与改性方法，制备了两种功能化石墨烯片层，并将它们分别与热塑性聚氨酯(TPU)进行复合，设计构筑了石墨烯/TPU柔性传感材料与器件，考察了它们的制备工艺—结构(组成

5、)—性能之关系。主要工作如下：烷基胺修饰石墨烯/TPU复合材料及其传感特性。考察了修饰剂烷基胺碳链长度对改性石墨烯分散性的影响，制备了烷基胺改性石墨烯/TPU复合材料，并构建了在平面外弯曲和平面内拉伸各向异性响应的柔性电容式传感器。结果表明，均匀分散的改性石墨烯显著提高了复合材料的介电常数(高达97.3)；并且这种传感器对于平面外弯曲(30~180度)表现出敏感的响应，但是对面内拉伸(0~40N)的反应的敏感程度较低。这种各向异性响应特性的传感器，在虚拟打字输出领域将具有一定的应用前景。壳聚糖包覆的还原石墨烯/TPU复合材料及

6、其传感特性。使用绿色环保的壳聚糖对石墨烯片层进行了包覆改性，并使用抗坏血酸进行还原，再将其与TPU进行复合，进而构筑了壳聚糖包覆还原石墨烯/TPU复合材料和传感器件。结果表明，壳聚糖的包覆增大了石墨烯在基体中的分散度和增强了材料界面的极化程度，得到了一种具有高介电常数、低渗流阈值的壳聚糖包覆的还原石墨烯/TPU复合材料；将制备得到的复合材料分别设计成连续网状结构介电传感器件和具有独立介电单元的传感器阵列，进行了传感性能的初步探索。两种器件都具有较高的灵敏度和较好的稳定性等优异的传感性能。这些器件在人体健康监测和可穿戴电子等领域

7、将有广阔的应用前景。此外，本工作还对有机晶体管传感器件进行了初步的探索，利用印刷技术在室温下制备了柔性有机薄膜晶体管传感器件。关键词：烷基胺壳聚糖石墨烯热塑性聚氨酯介电传感阵列传感器IAbstractAbstractNowadays,polymerbasedcompositeshadplayedawiderangeofrolesindielectricsensingfields.Normally,materialswithhighdielectricconstantswereexpectedtoshowsuperiorsens

8、ingproperties,whileresearchesonthistopiconlyattractedfewconcerns.Hence,morerelativeattentionsshouldbepaidtothisfieldtofurtherincreasethedi