基于石墨烯复合薄膜的应变传感器及性能分析

作     者：卫军 吴志强 董荣珍 WEI Jun;WU Zhiqiang;DONG Rongzhen

作者机构：中南大学土木工程学院湖南长沙410075 

出 版 物：《中南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Central South University:Science and Technology)

年 卷 期：2020年第51卷第3期

页      面：619-627页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0806[工学-冶金工程] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0813[工学-建筑学] 0703[理学-化学] 0814[工学-土木工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51778628 51578547)。 

主　　题：石墨烯 纳米纤维素 应变传感器 层状结构 

摘      要：为了克服现有应变传感器在结构健康监测上的不足,以还原氧化石墨烯(rGO)为导电填料,纳米纤维素(CNF)为骨架,硅橡胶(PDMS)为弹性基体,采用溶剂挥发法,制备一种层状结构的柔性应变传感器。分析GO-CNF悬浮液分散性和rGO-CNF/PDMS薄膜传感器的机敏性能,分析传感器的应变-电阻响应机理,建立rGO-CNF/PDMS复合薄膜的压阻行为预测理论模型。研究结果表明:CNF能有效协助rGO的分散,CNF相互交叉、搭接有助于在PDMS基底表面形成多孔隙结构的rGO-CNF薄膜;rGO-CNF/PDMS传感器能承受较大的拉伸变形(应变大于80%),可通过调整基底材料种类和厚度进行调节,并且传感器对应变具有较高的灵敏度(灵敏系数为12~41),可通过调整rGO和CNF的掺量进行调节;rGO-CNF/PDMS复合薄膜的压阻行为预测理论模型所得应变与电阻的关系与实测结果较吻合。