华中科技大学《AEM》:新界面烧蚀方法制备超薄聚酰亚胺石墨烯,用于监测飞机变形

综上所述,一种创新的界面烧蚀方法提供了一种可扩展、灵活且特别有效的解决方案,可通过高激光通量碳化和低激光通量剥离来制备超薄 (8 μm) GiP 应变传感器。这些优异性能的证明反映在飞机的变形(例如弯曲、扭曲和冲击)监测中。除应变传感器外,界面烧蚀的方法还可用于制造其他GiP器件,包括湿度传感器,温度传感器,导电聚合物薄膜,GiP电路等。

成果简介

激光诱导石墨烯传感器在各个领域引起了相当大的兴趣;然而,低灵敏度和一致性限制了它们在测量柔软、大型可变形结构方面的进一步应用。本文,华中科技大学黄永安等在《Adv. Electron. Mater》期刊发表名为“Ultrathin, Graphene-in-Polyimide Strain Sensor via Laser-Induced Interfacial Ablation of Polyimide”的论文,研究提出了一种创新的界面烧蚀方法,通过纳秒紫外激光(308 nm)将界面聚酰亚胺转化为石墨烯。

与传统的激光表面烧蚀明显不同,界面烧蚀展示了其独特的能力,可以在有限的烧蚀深度下生产高质量的石墨烯,这得益于高度集中的温度分布、反应产物的约束和以热传导为主的独特烧蚀模式的综合效应。使用该方法,获得了超薄(8μm)聚酰亚胺石墨烯(GiP)应变传感器,其厚度是传统表面烧蚀法制备的6倍。超薄GiP传感器具有出色的顺应性(400μm的小弯曲半径)、高应变灵敏度(24.8)和高力灵敏度(4.2 N)−1)。该GiP应变传感器在变形飞机变形测量(例如弯曲、扭曲和冲击)中的演示说明了其在设备健康监测方面的强大能力,从而为需要精确变形测量的智能设备提供了工程机会。

图文导读

华中科技大学《AEM》:新界面烧蚀方法制备超薄聚酰亚胺石墨烯,用于监测飞机变形

图1、通过界面烧蚀设计超薄GiP应变传感器

华中科技大学《AEM》:新界面烧蚀方法制备超薄聚酰亚胺石墨烯,用于监测飞机变形

图2、碳化产物的表征

华中科技大学《AEM》:新界面烧蚀方法制备超薄聚酰亚胺石墨烯,用于监测飞机变形

图3、界面消融机理分析

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图4、超薄应变传感器的表征

华中科技大学《AEM》:新界面烧蚀方法制备超薄聚酰亚胺石墨烯,用于监测飞机变形

图5、在变形飞机上演示 GiP 传感器阵列。

小结

综上所述,一种创新的界面烧蚀方法提供了一种可扩展、灵活且特别有效的解决方案,可通过高激光通量碳化和低激光通量剥离来制备超薄 (8 μm) GiP 应变传感器。这些优异性能的证明反映在飞机的变形(例如弯曲、扭曲和冲击)监测中。除应变传感器外,界面烧蚀的方法还可用于制造其他GiP器件,包括湿度传感器,温度传感器,导电聚合物薄膜,GiP电路等。

文献:https://doi.org/10.1002/aelm.202201086

华中科技大学《AEM》:新界面烧蚀方法制备超薄聚酰亚胺石墨烯,用于监测飞机变形

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