论文部分内容阅读
表面褶皱作为自然界常见的一种现象,在许多方面起到了至关重要的作用。力学刺激的表面起皱具有成本低、设备简单、效率高、易于操作等优点,受到广泛关注。石墨烯是一种具有良好的化学性能、电学性能、机械性能和光学性能的二维材料,将石墨烯褶皱化,可实现二维材料三维化,赋予石墨烯诸多新特性,进一步拓宽石墨烯的应用范围。与纯石墨烯相比,氧化石墨烯(GO)存在更多的含氧基团,可以与基底更为紧密的结合,因此常用GO作为起皱薄膜。在本研究中,我们提出了一种简单的维度控制收缩法制备还原氧化石墨烯褶皱(rGORs)图案。以乳胶气球作为柔性基底,二维GO作为起皱薄膜,将GO均匀涂覆到因充气而预拉伸的基底上,放气时由于基底和起皱薄膜之间的应变不匹配而得到GORs图案,采用水合肼还原可得rGORs。利用球形气球制得的rGORs-S褶皱是各向同性的,而利用柱形气球制得的rGORs-N褶皱呈明显多级结构。当柱形基底通过两步法收缩法制备褶皱时,得到的rGORs-C褶皱的取向尤为明显。褶皱宽度和厚度随GO涂层的厚度增加而增加,而当预拉伸应变增加时,褶皱厚度依然增加但是宽度减小,褶皱变得更为密集。对得到的rGORs进行电学、接触角、溶剂阻隔效应进行了表征,结果发现,rGORs-C褶皱的电阻、接触角都存在各向异性。经表面处理后的rGORs褶皱具有超疏水性,并且,由于石墨烯良好的溶剂阻隔效应,rGORs褶皱具有优异的化学防护性能,可以抵抗二氯甲烷浸渗2.5 h以上。本文还研究了rGORs的应变传感性能,着重分析了应变传感的灵敏度和应变传感范围、静态/动态应变响应和稳定性。研究发现,基于rGORs应变传感器具有很高的灵敏度(最大GF值可达48),较宽的应变传感范围(0～50%或300～530%),良好的静态/动态应变响应和稳定性(循环1000次仍能保持性能稳定)。同时还发现,基于柱形基底的rGORs-C沿轴向的应变灵敏系数明显高于周向应变灵敏系数,也具有各向异性。基于rGORs褶皱上述特性,所制备的柔性应变传感器可以用于检测手势、动作、吞咽、发声、脉搏等人类活动和生命体征,可穿戴性优良。论文还展示了涂覆rGORs的多功能手套,由于rGORs的高阻隔性,该手套可集成应变传感性能、自清洁效应和化学防护性能,即使经过手洗、超声、机洗和化学浸泡等过程,仍能保持疏水的多级微观结构,耐磨、耐洗性能良好。