柔性可變柵極石墨烯場效應應變傳感元件的制備和性能研究.pdf

1、石墨烯作為一種具有高導電性、高可見光透明度、高柔韌性的二維材料備受關注，近年來，以石墨烯為核心功能材料制備的各種電子器件，以其特殊的電學性質(zhì)和卓越的形變耐受性，被眾多研究者應用于多種生物電子傳感器、可穿戴式電子設備，與傳統(tǒng)電子器件相比具有性能卓越、工藝簡單、適應性高等優(yōu)勢。
　　本文制備了柵極可變的柔性石墨烯場效應應變傳感元件，該元件通過在三維結構的棱型陣列表面生長的單層石墨烯，將該石墨烯轉移至相同結構的彈性體基體表面，以離子凝膠

2、為介質(zhì)層、旋涂銀納米線的熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)為柵極組裝而成。其利用柵極的移動改變柵極和石墨烯的有效接觸面積，改變場效應溝道寬度實現(xiàn)對應變量的測量。本文主要包括以下內(nèi)容:
　　(1)采用光刻和化學刻蝕技術在硅片上制備出三維棱型陣列模板，在轉換出棱型陣列的柔性模板上采用電鍍的方法制備出棱陣列銅箔，采用化學氣相沉積(CVD)的方法在銅箔上生長石墨烯，然后利用濕法轉移的方法將石墨烯轉移到PDMS襯底上面，以銀納米線作為柵極、離子凝

3、膠作為介質(zhì)層組裝成應變傳感元件。
　　(2)采用拉曼光譜分別對CVD后石墨烯、濕法轉移后石墨烯和形變前后石墨烯進行表征。石墨烯是單層石墨烯，濕法轉移和應變傳感元件的組裝過程不會對其造成破壞。在形變實驗過程中，48％應變不會對應變傳感元件造成嚴重破壞。
　　(3)文本對沿棱方向和垂直棱方向應變傳感元件在不同應變下進行了應變測試。該元件能夠承受最大應變?yōu)?8％。沿棱和垂直棱方向不同形變下場效應開關電流差值與形變量均呈線性增長。固

4、定柵極電壓時，垂直棱方向應變小于36％時，場效應電流與形變量呈指數(shù)增長，超過36％應變后電流趨于飽和，最大電流變化率為8.5％;沿棱方向場效應電流與形變量呈線性增長趨勢，最大電流變化率為12.7％。建立了棱單元理想結構模型，對固定柵壓下形變與元件電流關系進行理論模擬分析，詳細闡述了形變與該元件電流變化關系，模擬結果與實驗相符;利用Abaqus有限元模擬軟件對單個棱單元的形變過程進行了模擬，分析了形變狀態(tài)下棱表面各點應變，發(fā)現(xiàn)這種幾何結構