高延展性石墨烯应变传感器及其性能衰变机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51705154
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0504.机械结构强度学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

There is a growing demand for highly stretchable and sensitive strain sensors that are desired for several potential applications including smart prosthesis, personalized health-monitoring, robotics, and so forth. However, the development of strain sensors suffers from the following three critical issues: the dilemma of high stretchability and high sensitivity, the ambiguity of the working mechanism, as well as the lack of systematical study of the device durability and the corresponding performance degradation mechanism. In order to address these issues, we propose in this project to develop a laser direct writing technique to fabricate a new type of graphene-based strain sensors with high stretchability and high sensitivity. After the successful development of the new strain sensor, the working mechanism of the strain sensor will be clarified. At mean time, the durability of the strain sensor will be systematically studied and the micro-mechanism for the performance degradation of the device will be clearly illustrated. This project is an interdisciplinary program, covering mechanical engineering, material science, electronics, etc.. It is anticipated that we will make innovations in the design and fabrication of strain sensors as well as significant progress in their working mechanism investigation and durability analysis. All these accomplishments will lay a solid foundation to the development of smart prosthesis, personalized health-monitoring, robotics, etc..
发展兼具高灵敏度和高延展性(宽的应变测量范围)的新型应变传感器在智能假肢、生物医疗、机器人等领域意义重大且前景广阔。但新型应变传感器的发展仍面临如下共性基础问题,函待解决:器件灵敏度与延展性之间存在矛盾、传感工作原理不完善、器件耐久性及其性能衰减机制不清。围绕以上问题,本项目拟提出利用激光直写技术,实现高效制备基于石墨烯的高灵敏度和高延展性应变传感器;通过对新型传感器工作原理的研究,阐明其应变响应特性;系统研究石墨烯应变传感器的耐久性,揭示器件性能衰减的微观机制。本项目体现了力学、材料和电子学等多学科领域的交叉,可望在应变传感器的结构设计与制备、器件工作原理以及耐久性研究等方面取得原创性成果,为我国在智能假肢、生物医疗、机器人等新兴领域的发展提供支持。

结项摘要

兼具高灵敏度和高延展性的应变传感器在智能假肢、生物医疗、机器人等领域具有广阔的应用前景。但新型应变传感器的发展仍需解决器件高灵敏度与高延展性之间的矛盾,传感工作原理不完善,器件耐久性及其性能衰减机制不清等共性基础问题。围绕以上问题,本项目提出利用激光直写技术实现高效制备基于石墨烯的高性能应变传感器;通过对新型传感器工作原理的研究,阐明其应变响应特性;系统研究应变传感器的耐久性,揭示器件性能衰减的微观机制。项目取得的成果如下:(1)研发了一种激光直写工艺,实现了高性能能石墨烯应变传感器的制备。通过激光直写过程中的构性调控,进一步将该工艺应用于不同柔性基体,实现制备高灵敏度碳基应变传感器;(2)通过电阻抗谱和原位微观表征,阐明了传感器的工作原理为纳米材料的离断效应;(3)器件耐久性的研究发现,传感层表面微裂纹的产生和铜电极断裂是传感器器件性能衰减的主要原因之一。本项目体现了力学、材料和电子学等多学科领域的交叉,相关应变传感器有望应用于智能假肢、生物医疗、机器人等领域。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Highly Stretchable and Self-Healable MXene/Polyvinyl Alcohol Hydrogel Electrode for Wearable Capacitive Electronic Skin
用于可穿戴电容电子皮肤的高拉伸和自修复 MXene/聚乙烯醇水凝胶电极
  • DOI:
    10.1002/aelm.201900285
  • 发表时间:
    2019-07-01
  • 期刊:
    ADVANCED ELECTRONIC MATERIALS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Zhang, Jiaqi;Wan, Lijia;Xuan, Fuzhen
  • 通讯作者:
    Xuan, Fuzhen
Sandpaper-molded wearable pressure sensor for electronic skins
用于电子皮肤的砂纸模制可穿戴压力传感器
  • DOI:
    10.1016/j.sna.2018.07.048
  • 发表时间:
    2018-09-01
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Gao, Yang;Yu, Guohui;Xuan, Fuzhen
  • 通讯作者:
    Xuan, Fuzhen
A wearable pressure sensor based on ultraviolet/ozone microstructured carbon nanotube/polydimethylsiloxane arrays for electronic skins
用于电子皮肤的基于紫外线/臭氧微结构碳纳米管/聚二甲基硅氧烷阵列的可穿戴压力传感器
  • DOI:
    10.1088/1361-6528/aaa855
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Nanotechnology
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Yu GH;Hu JD;Tan JP;Gao Y;Lu YF;Xuan FZ
  • 通讯作者:
    Xuan FZ
Extrusion printing of carbon nanotube-coated elastomer fiber with microstructures for flexible pressure sensors
用于柔性压力传感器的具有微结构的碳纳米管涂层弹性纤维的挤出印刷
  • DOI:
    10.1016/j.sna.2019.111625
  • 发表时间:
    2019-11-01
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Gao, Yang;Xu, Mengdi;Xuan, Fuzhen
  • 通讯作者:
    Xuan, Fuzhen
Acid-Interface Engineering of Carbon Nanotube/Elastomers with Enhanced Sensitivity for Stretchable Strain Sensors
用于可拉伸应变传感器的具有增强灵敏度的碳纳米管/弹性体的酸界面工程
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b16591
  • 发表时间:
    2018-10-31
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Chen, Sijia;Wu, Rongyao;Xuan, Fuzhen
  • 通讯作者:
    Xuan, Fuzhen

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其他文献

番茄褪绿病毒病预测预报模型的建立
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  • 期刊:
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    --
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    赵桂慎

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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