论文部分内容阅读
近年来,电子信息技术突飞猛进发展,传感器技术随之迈向柔性化、多功能化、小型化、高性能化、集成化与无源化进程,现有传感器制备材料、结构、原理等亟需创新升级。力敏活性材料是传感器新材料研发的重要方向,目前力敏活性材料主要包括:金属材料、无机半导体材料和碳基材料。其中石墨烯因独特的二维蜂窝状结构,使其具备良好的电学和机械特性,已成为柔性压力传感器最受欢迎的材料之一。然而,利用化学气相沉积法（CVD）制备的石墨烯薄膜基压力器件在柔性和灵敏度方面存在不足。因此,研究兼具柔性和高灵敏度,以及有良好应用前景的石墨烯薄膜基压力传感器仍然是一个很大的挑战。石墨烯薄膜在应变下表现出优异的压阻性能,能够承受高达25%的弹性应变,伴随着导电性和电子能带结构的变化。本论文创新性地将二维石墨烯和一维锆钛酸铅（PZT）纳米线柔性化异质集成,以此作为活性材料,构建了灵敏度增强的柔性压力传感器,并对器件的机理、制备、压阻性能及应用进行了较为深入的研究。PZT压电纳米线在机械应力下产生的极化电荷可作为离子化杂质以此增加石墨烯的散射载流子,从而改变石墨烯的电导率。另外,通过压电力显微镜（PFM）研究了自制PZT纳米线的压电特性,测量得到的压电常数相对较高（88 pm/V）,因此PZT纳米线较高的压电特性更有助于石墨烯散射载流子的增加。利用自搭建测试平台对传感器进行压阻性能研究,测试结果表明,器件具有2.95×10-2 kPa-1的增强灵敏度,高于大多数石墨烯薄膜基压力传感器的灵敏度。此外器件在弯曲应变下的压阻性能也能被测量到,发现弯曲应变下的压阻性能优于应力下的性能。最后,通过手指弯曲测试和手写字母测试等实际应用实验,证明了该器件在可穿戴和笔迹认证技术方面的应用潜力。