全贴合石墨烯柔性应变传感器.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN4密级：公开UDC：621.3学号：151242全贴合石墨烯柔性应变传感器研究生姓名：史智慧导师姓名：孙立涛教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与技术论文答辩日期2018年6月25日二级学科名称微电子学与固体电子学学位授予日期2018年月日答辩委员会主席廖小平教授评阅人盲审盲审2018年6月25日硕士学位论文全贴合石墨烯柔性应变传感器专业名称：微电子学与固体电子学研究生姓名：史智慧导师姓名：孙立涛本论文获国家自然科学基金国家重大科研仪器设备研制专项（11327901）和国家自然科学基金杰出青年基金（115254

2、15）资助。FULL-LAMINATINGFLEXIBLESTRAINSENSORBASEDONGRAPHENEAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYSHIZhi-huiSupervisedbyProf.SUNLi-taoSchoolofElectronicScienceandEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果

3、。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，

4、允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要传感器是一种能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。它是实现自动检测和自动控制的首要环节，传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，在人们日常生活和生产中扮演重要的角色。随着对传感器需求的提高以及更深入的研究，逐渐暴露一些问题。（1）传统意义上的传感器，主要以硅为衬底，用该材料制备的硅基传感器具有易碎性缺点；（2）硅基传感器衬底不能与皮肤全贴合

5、；（3）硅基传感器的可拉伸性能差，稳定性不强，重复率低，灵敏度低。随着柔性传感器的发展，目前研究也面临几个问题，（1）柔性传感器衬底光滑表面与皮肤粗糙表面不能紧密贴合；（2）柔性传感器信号感知能力弱，不能有效的感应人体关节的弯曲活动；（3）柔性传感器的稳定性差。针对上述问题，本文提出了一种以石墨烯作为感应材料，聚乙烯醇薄膜作为衬底的柔性应变传感器。经表征与测试，该柔性传感器可以与皮肤紧密贴合，并且性能稳定，重复率高，灵敏度高。并在此基础上，给出了该柔性应变传感器的实际应用。本论文完成的主要工作以及结果如下：（1）提出采用石墨片做阳极，Pt做阴极，浓硫酸和氢氧化钾作为电解

6、液的石墨阳极氧化剥离法。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜等手段表征石墨烯的晶格结构和表面形貌，可以清晰看出石墨烯的蜂窝状结构，以及石墨烯的层叠结构，并发现导致电阻变化的原因。（2）在制备传感器衬底的过程中，结合中间媒介材料PDMS，提出了向传感器衬底两次转移感应材料石墨烯的方案。（3）通过对传感器柔性衬底进行表征，发现石墨烯薄膜越薄，其电导率越高；通过调节薄膜的厚度，衬底透光率可以达到90%。利用扫描电子显微镜观察衬底表面形貌，以及测试衬底的剥离强度，发现传感器和皮肤可以较紧密的贴合，剥离强度达到28.6N/m。（4）利用手摇式拉力机和半导体特性参数分析仪搭建该柔性应

7、变传感器性能测试平台，对传感器的灵敏度，重复性和稳定性进行测试。结果表明：传感器的灵敏度较高，应变系数范围达到62~138，高于多数研究成果；测得本次柔性应变传感器的重复性系数为1.3%，迟滞系数为2.07%。各项实验结果表明该传感器性能优异，稳定性强。（5）最后，本文基于STM32平台和上述制备的柔性应变传感器，搭建了一个利用手指无线控制小车运动行为的系统。关键词：石墨烯，柔性，应变传感器，人机交互IAbstractAbstractAsensorisadevicethatcansenseaspecifiedparameterandcon