北航:灵敏度可调的石墨烯柔性压敏传感器

日期:2018-08-02 / 人气: / 编辑:jutan / 来源:未知

柔性压阻式力敏传感器具有低成本、工艺简单、可检测动态与静态力等优点,广泛地应用于运动检测和环境感知,在电子皮肤等新兴领域中发挥着越来越重要的作用。 近年来,石墨烯、碳纳米管、纳米石墨片等碳基纳米导电颗粒掺杂绝缘聚合物的导电复合材料由于其良好的拉伸性,易操作性和高灵敏度,力学性能与导电性可以通过改变聚合物的种类与导电颗粒的浓度而改变,引起了柔性力传感器工作者们广泛的关注和研究。

然而,由于导电复合材料制备完成后导电颗粒的浓度无法改变,这种复合材料力敏传感器的压阻性难以调节,在需要可调节压阻性的多功能力感知应用上仍然是一个重大挑战。 北京航空航天大学机械工程与自动化学院蒋永刚副教授及其研究团队开创性地提出一种电击穿工艺制作出可调节压阻性的石墨烯/聚酰亚胺柔性力敏传感器,并对它的传感性能进行了系统的阐述。他们通过复合材料电击穿时电阻值的持续测量与电击穿后横截面电子显微镜观察,验证了电击穿使得复合材料内部由致密结构变成多孔结构。

力学特性与压阻特性测试表明,电击穿改变了复合材料的力学性能,极大地增强了压阻性,并且复合材料的应力灵敏度和应变灵敏度可以通过改变电击穿电流的大小而调节。同时,建立了理论模型分析机械性能与压阻性变化。此外,电击穿制备的石墨烯/聚酰亚胺力传感器表现出2.12毫秒的超快响应时间和优异的稳定性,可实现手指运动的实时检测。

此项研究将会为基于纳米复合材料的灵敏度可调力敏传感器制作工艺提供新的思路,基于电击穿工艺的可调力敏传感器将会在智能机器人、健康监测和人机交互等领域中具有更为广泛的应用潜力。本工作发表在Advanced Materials Technologies(DOI: 10.1002/admt.201800113)上,并被选为当期内封面(inside cover),题目为“Electrical Breakdown-Induced Tunable Piezoresistivity in Graphene/Polyimide Nanocomposites for Flexible Force Sensor Applications”。