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柔性電子 壓力感測器 strain-pressure sensor MoS2/graphene

conformal:共形的,正形的
w t % wt\% :質量百分濃度 w i =

m i m t o t
w_i = \frac{m_i}{m_{tot}}
摘要:
Three-dimensional graphene porous networks(GPNs)三維石墨烯多孔網路。
herein,因此,展示了一種高靈敏度和耐用度的壓力感測器,使用 M o S 2
MoS_2
和Ecoflex (共聚酯, 可降解塑料) 與GAN結合製造,與GPN結合的 M o S 2 MoS_2 平面片按照裂縫-穀粒的形狀排列。在平面片上形成 M o S 2 MoS_2 納米片。通過增加 ( N H 4 ) 2 M o S 4 (NH_4)_2MoS_4 的濃度來增加 M o S 2 MoS_2 納米片的密度和麵積。這種位於GPN表面的MoS2共形納米結構可以改善其對外界應變和壓力的電阻變化。因此,我們的 M o S 2 / G P N / E c o f l e x MoS_2/GPN/Ecoflex 感測器與之前報道的 G P N / P D M S GPN/PDMS 相比有了極大的改善,由於共形平面片 M o S 2 MoS_2 的存在。 M o S 2 / G P N / E c o f l e x MoS_2/GPN/Ecoflex ( N H 4 ) 2 M o S 4 (NH_4)_2MoS_4 在1.25wt%下有 6.06 k P a 1 6.06kPa^{-1} 的靈敏度。還有耐用度 。當貼合到人的太陽穴和脖子上時,能夠探測到眼睛眨動和脖子彎曲等運動。 3 × 3 3 \times 3 的感測陣列得以展示。

M o S 2 / G P N / E c o f l e x MoS_2/GPN/Ecoflex hybrid nanostructures

introduction

石墨烯片間的槍範德華力和高接觸電阻抑制單個石墨烯片的高導電性和機械強度[8,9],為了解決這個問題, 三維的石墨烯泡沫(three-dimensional graphene foam(GF))引起了極大的興趣,有特定的表面積和卓越的導電性,以及很好的彈性(elasticity)[10-20]。大多數基於石墨烯泡沫的電阻是壓阻式的(piezoresistive),將機械形變轉換為電阻訊號,[24]使用聚氨酯泡沫(ployurethane foam, PU foam)塗覆的氧化石墨烯(graphene oxide, GO)製造低和高的壓力感測器.【25】使用破碎的石墨烯泡沫(fragmentized graphene foam, FGF)/PDMS複合材料實現高的伸縮性,耐久度和靈敏度。但是與傳統的基於二維材料的薄膜,靈敏度仍然低於 1 K P a 1 1KPa^{-1} 。帶隙可調的二維半導體材料 M o S 2 MoS_2 有大的面積比(a large surface-to-volume ratio),優秀的壓阻效應(excellent pizeoresistivity),化學穩定性好(chemical stability),高的機械伸縮性和柔性(high mechanical strength and flexibility),成為壓力形變感測器好的替代品[26-31].【32】使用超薄正形的 M o S 2 MoS_2 與石墨烯電極結合製造了高應變係數(gauge factor, GU),可複製的觸覺感測器.【33】基於 P V D F T r F E / M o S 2 PVDF-TrFE/MoS_2 的壓敏式觸覺感測器(pressure sensitive touch sensor)。在本論文中,paddy-shaped MoS2/graphene porous network (GPN) infiltrated Ecoflex hybrid nanostructure
共聚酯滲透的裂縫-稻米形狀的 M o S 2 / g a r p h e n e MoS_2/garphene 多空網路複合材料,碎裂的稻米形狀的正形 M o S 2 MoS_2 平面片依附於GPN(graphene porous network),可達到 6.06 k P a 1 6.06kPa^{-1} 的靈敏度,應變係數(GF)為24.1。

results and discussion

在這裡插入圖片描述

純鎳泡沫,在鎳泡沫上的石墨烯多孔網路(GPN),在鎳泡沫上塗覆不同濃度的 ( N H 4 ) 2 M o S 4 (NH_4)_2MoS_4 (0.2, 0.5, 1.25 wt% ) 通過SEM(掃描電子顯微鏡)掃描的形態在Figure 1a-e展示。
Figure 1a中,純鎳薄膜的骨架,有100-200um的大孔隙。利用熱化學氣相沉積方法(thermal chemical vapor deposition process, TCVD)(在鎳泡沫上形成石墨烯,與溶液處理相比,更能在整個鎳泡沫表面生長均勻分佈的多層石墨烯,Figure 1b清楚的展示了均勻的沉沉積在非平面的鎳表面,形成光滑的表面。

通過熱浸法(dipping process)在鎳泡沫上的石墨烯上塗覆 M o S 2 ( 0.2 , 0.5 , 1.25 w t % ( N H 4 ) 2 M o S 4 ) MoS_2(0.2, 0.5, 1.25wt\% (NH_4)_2MoS_4) , 經過在 60 0 C 600^{\circ}C 下退火處理(annealing process)形成破裂的稻穀形狀結構,在Figure 1c-e,隨著 ( N H 4 ) 2 M o S 4 (NH_4)_2MoS_4 濃度的增加, M o S 2 MoS_2 的大小和密度也增加,由於共形 M o S 2 MoS_2 平面片材的連續排列,增加了 M o S 2 / G P N MoS_2/GPN 的壓力靈敏度。Figure 1f四種鎳泡沫的圖片,將石墨烯新增到鎳泡沫後,沿著由灰色變為黑色。接下來使用SEM-EDS觀測了依附在Ni泡沫上的 M o S 2 / G P N MoS_2/GPN 得化學元素組成,Mo和S在 M o S 2 MoS_2 平面片和納米片上觀察到,而C只能在沒有 M o S 2 MoS_2 平面片塗覆的暴露的GAN上觀察到(Figure h-j )

基於以上結果,我們建立了石墨烯上的 M o S 2 MoS_2 破裂的稻米狀的形成機理。