[发明专利]一种基于石墨烯薄膜的应变检测传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种应变系数大、检测灵敏度高的基于石墨烯薄膜的应变检测传感器及其制备方法。应变检测传感器包括石墨烯薄膜，石墨烯薄膜包括两层石墨烯单层膜，两层石墨烯单层膜相互叠接。石墨烯单层膜上的石墨烯呈岛状分布。基于石墨烯薄膜的应变检测传感器的制备方法包括：在铜基底上生长石墨烯单层膜；将粘结剂涂覆于石墨烯单层膜表面，得到铜基底‑石墨烯单层膜‑粘结膜；将铜基底‑石墨烯单层膜‑粘结膜中的铜基底腐蚀，得到石墨烯单层膜‑粘结膜；用另一片铜基底‑石墨烯单层膜、将石墨烯单层膜‑粘结膜捞起，得到铜基底‑双层石墨烯薄膜‑粘结膜；最后将铜基底‑双层石墨烯薄膜‑粘结膜中的铜基底完全腐蚀，得到双层石墨烯薄膜‑粘结膜。

技术领域

本发明涉及微小应变检测领域，具体地涉及一种基于石墨烯薄膜的应变检测传感器及其制备方法。

背景技术

下面的背景技术用于帮助读者理解本发明，而不能被认为是现有技术。

基于石墨烯的应变检测器件目前逐渐受到重视，其可在健康监视、人机交互、电子皮肤等领域发挥重要作用。但是，通常石墨烯基的应变检测器件敏感性比较低，这是石墨烯的刚性稳定结构所导致的，石墨烯悬浮液的GF值（gauge factor，应变系数）在稳定的轴向应力下约为1.9。因此石墨烯基应变检测器件需要提高其敏感性。

现有技术利用不同的石墨烯结构、调节石墨烯的接触通道，改变石墨烯在不同应变下的电阻，从而提高石墨烯对微小应变检测的敏感性。例如，清华朱宏伟等发现石墨烯织物这种结构可以大大提高石墨烯的GF值，通过液相剥离法制备石墨烯薄膜，然后通过自组装作用得到超薄石墨烯薄膜，而后将其转移到柔性基底后构建传感器，该石墨烯薄膜在2%应变条件下的GF高达1037。这主要是由于该薄膜结构在拉伸时可以充分发挥石墨烯层片之间的隧道效应、导致较大电阻变化。但是，通过液相剥离法制备石墨烯薄膜存在石墨烯浓度低、原子层数不确定、石墨烯层叠结构不可控、实验重复性差等问题。而且通过液相剥离法制备石墨烯工艺复杂、实验周期长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应变系数大、检测灵敏度高的基于石墨烯薄膜的应变检测传感器及其制备方法。

一种基于石墨烯薄膜的应变检测传感器，其特征在于：石墨烯薄膜包括两层石墨烯单层膜，两层石墨烯单层膜相互叠接。石墨烯是一种由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯单层膜指的是石墨烯膜只包含一层石墨烯晶格，石墨烯单层膜的厚度相当于一个碳原子的高度。

进一步，石墨烯单层膜上的石墨烯呈岛状分布。石墨烯呈岛状分布指的是，石墨烯单层膜包括多个片段，每个片段相当于一个“岛”，多个片段之间互不接触，多个片段使石墨烯单层膜具有不连续的结构。

进一步，该应变检测传感器包括柔性基底，柔性基底通过粘结膜与石墨烯薄膜结合。粘结膜位于柔性基底和石墨烯薄膜之间，粘结膜用于粘结柔性基底和石墨烯薄膜。优选的，粘结膜是方华膜。

进一步，基于石墨烯薄膜的应变检测传感器的制备方法，依次包括以下步骤：

步骤S1：用化学气相沉积法在铜基底上生长石墨烯单层膜，得到铜基底-石墨烯单层膜；

步骤S2：将粘结剂涂覆于石墨烯单层膜表面，晾干，得到铜基底-石墨烯单层膜-粘结膜；

步骤S3：将铜基底-石墨烯单层膜-粘结膜浸入FeCl₃溶液中，直至FeCl₃溶液将铜基底完全腐蚀，得到石墨烯单层膜-粘结膜；

步骤S4：另取一片步骤S1制备的铜基底-石墨烯单层膜、将步骤S3得到的石墨烯单层膜-粘结膜从FeCl₃溶液中捞起，晾干，得到铜基底-双层石墨烯薄膜-粘结膜；

步骤S5：将铜基底-双层石墨烯薄膜-粘结膜放入FeCl₃溶液中，直至FeCl₃溶液将铜基底完全腐蚀，晾干，得到双层石墨烯薄膜-粘结膜。