[发明专利]利用石墨烯薄膜测量物体应力的装置及制备方法和测试方法

权利要求书

1.一种利用石墨烯薄膜测量物体应力的装置，其特征在于：包括粘贴在待测物体（5）或开设通孔的单晶硅（6）表面且能够拉伸的柔性基底（2），柔性基底（2）的表面附着有石墨烯（1）。

2.根据权利要求1所述的利用石墨烯薄膜测量物体应力的装置，其特征在于：所述的柔性基底（2）的长度为20mm～50mm，宽度为3mm～30mm；能够承受应变范围为0%～20%，应变测量的精确度为0.03%，应变感应范围为0～25%。

3.根据权利要求2所述的利用石墨烯薄膜测量物体应力的装置，其特征在于：所述的柔性基底（2）为PMMA薄膜层、PDMS薄膜层、PVDC薄膜层或PET薄膜层。

4.根据权利要求1、2或3所述的利用石墨烯薄膜测量物体应力的装置，其特征在于：所述石墨烯的表面还旋涂有防止石墨烯与柔性基底（2）脱离的S1805光刻胶。

5.一种如权利要求4所述的利用石墨烯薄膜测量物体应力的装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）利用化学气相沉积法或等离子体辅助化学气相沉积法在铜箔的表面生长单层或双层石墨烯；

2）在石墨烯表面旋涂PMMA、PDMS、PVDC或PET，再利用FeCl₃水溶液将铜箔腐蚀掉，得到附着有石墨烯的柔性基底。

6.根据权利要求5所述的利用石墨烯薄膜测量物体应力的装置的制备方法，其特征在于：所述的步骤1）中，采用化学气相沉积法沉积石墨烯时，将铜箔在1000℃的H₂气氛中保持20～30min，之后通入CH₄和H₂的混合气体，CH₄的流量控制在10～30sccm，H₂的流量控制在40～100sccm；然后在1000℃下保持10min后，先关闭CH₄，在H₂气氛下以1℃/s的速率将温度降低至25℃，即制备出单层或双层石墨烯。

7.根据权利要求5所述的利用石墨烯薄膜测量物体应力的装置的制备方法，其特征在于：所述铜箔的厚度为10～30μm，其纯度为99%以上。

8.根据权利要求7所述的利用石墨烯薄膜测量物体应力的装置的制备方法，其特征在于：所述步骤2）的具体方法为，先在生长有石墨烯的铜箔上旋涂有一层200nm厚的SU8光刻胶，再旋涂一层PMMA薄膜层、PDMS薄膜层、PVDC薄膜层或PET薄膜层，然后烘干；烘干后在FeCl₃水溶液中浸泡，直至铜箔完全溶解，再在石墨烯的表面旋涂一层防止石墨烯脱落的S1805光刻胶，最终得到附着有石墨烯的柔性基底。

9.根据权利要求8所述的利用石墨烯薄膜测量物体应力的装置的制备方法，其特征在于：所述的FeCl₃水溶液的浓度为0.3～0.5mol/L，且FeCl₃水溶液中滴加有浓度为0.5mol/L的盐酸，盐酸与FeCl₃水溶液的体积比为（1～3）:100。

10.一种采用权利要求4所述装置的测试方法，其特征在于：将表面附着有石墨烯的PMMA薄膜层、PDMS薄膜层、PVDC薄膜层或PET薄膜层用硅胶紧密粘贴到待测物体上，对待测物体施加应力，表面附着有石墨烯的PMMA薄膜层、PDMS薄膜层、PVDC薄膜层或PET薄膜层发生形变；采用633nm或514nm的激光器（3），以强度为0.2～0.9mW、光斑为1μm的激光照射石墨烯的表面以探测应变状态下的拉曼光谱，曝光时间为30～50s；反射信号被与计算机连接的分光光度计（4）接收，计算机对接收到的数据进行处理，得到应变状态下石墨烯的Raman谱线，将谱线中的2D峰进行分峰处理，得到两个子峰的峰位，根据子峰的位移量能够推算出物体在变形过程中局部区域承受的应力/应变。