柔性电子压力传感器 strain-pressure sensor MoS2/graphene

conformal：共形的,正形的
wt%wt\%wt%:质量百分浓度 wi=mimtotw_i = \frac{m_i}{m_{tot}}wi=mtotmi

拉曼散射：https://www.zhihu.com/question/48625554/answer/191009274

拉曼光谱是一种基于单色光非弹性散射的技术，非弹性散射的意思是当单色光和样品相互作用后，光子的频率发生改变。光子被样品吸收，然后发射，光子的频率和原来的单色光相比增加或减少了，这种效应称为拉曼效应。光子频率的改变提供了分子中振动、转动或其它低频跃迁的信息，每一种分子中以上几种信息都不同，因此拉曼光谱可以用来分析物质的种类。当光子和分子相互作用时，分子吸收光子的能量，跃迁到更高的能级，然而分子处在高能级状态不稳定，它必须回到低能级，分子从高能级跃迁回低能级的过程中会以光子的形式释放能量，如果分子跃迁回到原来的能级，则释放的光子频率不变，只是传播方向发生的变化，这种散射方式称为瑞利散射。

而光子频率发生改变的散射方式称为拉曼散射：如果被光子从基态能级激发到高能级的分子跃迁回到的不是原来的基态能级，则释放的光子频率小于原来的光子，拉曼光谱上对应的是斯托克斯线；如果被光子激发的是处于高能级而非基态的分子，则当分子跃迁回基态时，释放的光子能量大于原来的光子，频率增加，拉曼光谱上对应的是反斯托克斯线

由于处于高能级的分子不稳定，所以只有一小部分光会发生拉曼散射，并且由于处于基态的分数数量远远高于激发态的分子，所以斯托克斯线比反斯托克斯线更容易被观测到

摘要：
Three-dimensional graphene porous networks(GPNs)三维石墨烯多孔网络。
herein，因此，展示了一种高灵敏度和耐用度的压力传感器，使用MoS2MoS_2MoS2和Ecoflex (共聚酯, 可降解塑料) 与GAN结合制造，与GPN结合的MoS2MoS_2MoS2平面片按照裂缝-谷粒的形状排列。在平面片上形成MoS2MoS_2MoS2纳米片。通过增加(NH4)2MoS4(NH_4)_2MoS_4(NH4)2MoS4的浓度来增加MoS2MoS_2MoS2纳米片的密度和面积。这种位于GPN表面的MoS2共形纳米结构可以改善其对外界应变和压力的电阻变化。因此，我们的MoS2/GPN/EcoflexMoS_2/GPN/EcoflexMoS2/GPN/Ecoflex传感器与之前报道的GPN/PDMSGPN/PDMSGPN/PDMS相比有了极大的改善，由于共形平面片MoS2MoS_2MoS2的存在。MoS2/GPN/EcoflexMoS_2/GPN/EcoflexMoS2/GPN/Ecoflex在(NH4)2MoS4(NH_4)_2MoS_4(NH4)2MoS4在1.25wt%下有6.06kPa−16.06kPa^{-1}6.06kPa−1的灵敏度。还有耐用度。当贴合到人的太阳穴和脖子上时，能够探测到眼睛眨动和脖子弯曲等运动。3×33 \times 33×3的传感阵列得以展示。

MoS2/GPN/EcoflexMoS_2/GPN/EcoflexMoS2/GPN/Ecoflex hybrid nanostructures

introduction

石墨烯片间的枪范德华力和高接触电阻抑制单个石墨烯片的高导电性和机械强度[8,9]，为了解决这个问题，三维的石墨烯泡沫(three-dimensional graphene foam（GF）)引起了极大的兴趣，有特定的表面积和卓越的导电性，以及很好的弹性(elasticity)[10-20]。大多数基于石墨烯泡沫的电阻是压阻式的(piezoresistive),将机械形变转换为电阻信号，[24]使用聚氨酯泡沫(ployurethane foam, PU foam)涂覆的氧化石墨烯(graphene oxide, GO)制造低和高的压力传感器.【25】使用破碎的石墨烯泡沫(fragmentized graphene foam， FGF)/PDMS复合材料实现高的伸缩性，耐久度和灵敏度。但是与传统的基于二维材料的薄膜，灵敏度仍然低于1KPa−11KPa^{-1}1KPa−1。带隙可调的二维半导体材料MoS2MoS_2MoS2有大的面积比(a large surface-to-volume ratio)，优秀的压阻效应(excellent pizeoresistivity)，化学稳定性好(chemical stability)，高的机械伸缩性和柔性(high mechanical strength and flexibility)，成为压力形变传感器好的替代品[26-31].【32】使用超薄正形的MoS2MoS_2MoS2与石墨烯电极结合制造了高应变系数(gauge factor, GU)，可复制的触觉传感器.【33】基于PVDF−TrFE/MoS2PVDF-TrFE/MoS_2PVDF−TrFE/MoS2的压敏式触觉传感器(pressure sensitive touch sensor)。在本论文中，paddy-shaped MoS2/graphene porous network (GPN) infiltrated Ecoflex hybrid nanostructure
共聚酯渗透的裂缝-稻米形状的MoS2/garpheneMoS_2/garpheneMoS2/garphene多空网络复合材料，碎裂的稻米形状的正形MoS2MoS_2MoS2平面片依附于GPN(graphene porous network)，可达到6.06kPa−16.06kPa^{-1}6.06kPa−1的灵敏度，应变系数(GF)为24.1。

results and discussion

纯镍泡沫，在镍泡沫上的石墨烯多孔网络(GPN),在镍泡沫上涂覆不同浓度的(NH4)2MoS4(NH_4)_2MoS_4(NH4)2MoS4（0.2， 0.5， 1.25 wt% ）通过SEM(扫描电子显微镜)扫描的形态在Figure 1a-e展示。
Figure 1a中，纯镍薄膜的骨架，有100-200um的大孔隙。利用热化学气相沉积方法(thermal chemical vapor deposition process, TCVD)(在镍泡沫上形成石墨烯，与溶液处理相比，更能在整个镍泡沫表面生长均匀分布的多层石墨烯，Figure 1b清楚的展示了均匀的沉沉积在非平面的镍表面，形成光滑的表面。

通过热浸法(dipping process)在镍泡沫上的石墨烯上涂覆MoS2(0.2,0.5,1.25wt%(NH4)2MoS4)MoS_2(0.2, 0.5, 1.25wt\% (NH_4)_2MoS_4)MoS2(0.2,0.5,1.25wt%(NH4)2MoS4), 经过在600∘C600^{\circ}C600∘C下退火处理(annealing process)形成破裂的稻谷形状结构，在Figure 1c-e，随着(NH4)2MoS4(NH_4)_2MoS_4(NH4)2MoS4浓度的增加，MoS2MoS_2MoS2的大小和密度也增加，由于共形MoS2MoS_2MoS2平面片材的连续排列，增加了MoS2/GPNMoS_2/GPNMoS2/GPN的压力灵敏度。Figure 1f四种镍泡沫的图片，将石墨烯添加到镍泡沫后，沿着由灰色变为黑色。接下来使用SEM-EDS观测了依附在Ni泡沫上的MoS2/GPNMoS_2/GPNMoS2/GPN得化学元素组成，Mo和S在MoS2MoS_2MoS2平面片和纳米片上观察到，而C只能在没有MoS2MoS_2MoS2平面片涂覆的暴露的GAN上观察到(Figure h-j )

基于以上结果，我们建立了石墨烯上的MoS2MoS_2MoS2破裂的稻米状的形成机理。(NH4)2MoS4(NH_4)_2MoS_4(NH4)2MoS4涂覆在多孔石墨烯表面，然后在600∘C600^{\circ}C600∘C下退火脱硫时产生MoS2MoS_2MoS2。因此，我么认为，破碎稻谷状的MoS2MoS_2MoS2的在经过冷却的形成与石墨烯的负的热膨胀系数有关。

使用波长为532nnm的激光产生的拉曼光谱来表征GPN的结构特征

GPN直接生长在Ni上，产生G-和2D-的带，分别为1585和 2715cm−1cm^{-1}cm−1,强度比IG/I2DI_G/I_{2D}IG/I2D大于2，当浸透Ecoflex并去掉Ni后，峰值的位置几乎没变。figure2b-d和对应的Figure2f-h,可以得出，GPN/Ecoflex和MoS2/GPN/Ecoflex混合纳米结构维持良好的信息，并没有结构上的损失和降低器件性能上明显的损坏

Figure 3,观察了压力感知性能 GPN/Ecoflex 和MoS2/GPN/EcoflexMoS_2/GPN/EcoflexMoS2/GPN/Ecoflex,(Force Gauge Model M2-10)用于压力测试，Figure 2b在压力从0.6到25.4kPa时，相对电阻变化，MoS2/GPN/EcoflexMoS_2/GPN/EcoflexMoS2/GPN/Ecoflex相对电阻变化明显大于GPN/Ecoflex,而且随着MoS2MoS_2MoS2的增加，相对电阻变化也增加。曲线的斜率(slope)是压力灵敏度(pressure sensitivity, S):S=d(ΔR/R0)dPS=\frac{d(\Delta R/R_0)}{ dP}S=dPd(ΔR/R0),KaTeX parse error: Expected 'EOF', got '\DeltaR' at position 1: \̲D̲e̲l̲t̲a̲R̲, R_0,P分别代表电阻的相对变化，初始电阻和施加压力。

从Figure 3b中可以看出，MoS2/GPN/EcoflexMoS_2/GPN/EcoflexMoS2/GPN/Ecoflex的S分为三个线性的部分，而GPN/Ecoflex的S只有一个，这可以解释为当压力继续增大时，相邻分离的MoS2MoS_2MoS2会接触，增加了额外的电阻通路，从而导致电阻的继续降低。当压力继续增加时，导电通路不再增加，斜率达到饱和(struration)。MoS2MoS_2MoS2部分覆盖石墨烯也会增加可重复耐用性，即使在大压力下，MoS2MoS_2MoS2也不会从石墨烯表面脱落。Figure 3c给出压力在三个阶段下，电阻的压力灵敏度。其中MoS2(1.25wtMoS_2(1.25 wt% (NH_4)_2MoS_4)MoS2(1.25wt的S要明显的高于其他三种传感器，是线性度略低。接下俩将wt%从1.25%增加到2.5%，观察压力灵敏度。Figure S4中，灵敏地低于1.25%，2.5%不能很好的分散在乙二醇(ethylene glycol)中，因此，MoS2MoS_2MoS2完全覆盖石墨烯表面而没形成劈裂的稻谷形状。Figure3ef耐用性测试。Table S1展示了该传感器和一下其他传统的压力传感器主要参数的对比情况。

Figure4a-d展示了在拉伸和弯曲应变下，电阻的变化情况(1.25 wt%),在压力试验机速度为0.55mm/min下测试，当拉伸从0-22%形变时，随时间的电阻变化曲线表现出良好的可恢复性。弯曲形变可以有一下等式计算：ϵ=d/2r,ϵ=−d/2r\epsilon = d /2r, \epsilon = -d/2rϵ=d/2r,ϵ=−d/2r,其中，ϵ\epsilonϵ是弯曲形变，d是样品厚度，r是弯曲半径。d是1.3mm，r在FigureS3a中，从上述等式中获取的弯曲形变(bending strain)转换为百分比，Figure 4c展示了弯曲形变从12.6 变化到50%时的电阻相对变化曲线，当弯曲程度增大时，电阻变大，因为MoS2MoS_2MoS2变长，同时相邻MoS2MoS_2MoS2之间的距离边远。图像的斜率可以作为表征电阻性能的应变系数（guage factor， GF）GF=(ΔR/R0)/ϵGF=(\Delta R/R_0)/ \epsilonGF=(ΔR/R0)/ϵ,
Figure 4e展示了light weight, superior mechanical flexibility, and good stretchability，并且对皮肤无化学损伤，可以固定在皮肤上检测身体移动。作为展示，将该电阻放在手指，太阳穴和脖子上来车检测手指弯曲，眨眼和脖子移动。将金属线连在电阻两端，

我们希望这项技术能用于校准运动时的任何姿势，或防止睡意中开车造成的致命事故。

首先将铜放在Kapton带上作为底部电极，接下来将1×1cm21\times 1 cm^21×1cm2的电阻放在铜电极上，为了与上电极分离，在底电极上使用一层绝缘线层，之后将上电极与下电极贴合，形成3×33\times 33×3的感知阵列。

sccm: standard-state cubic centimeter per minute, 每分钟ml值
制备方法：
合成石墨烯多空网络：
使用40ml的HCL(35-40%)和150ml的DI water(去离子水)，作为生长GPN的基板。在热化学气相沉积反应器(TCVD)中将Ni泡沫从室温中加热到1000摄氏度，H2H_2H2(20 sccm)在压力为9.5mToor的压强下注入，持续60min。当在目标温度下在6英寸的石英管中生长时，CH4CH_4CH4（80 sccm），作为碳反馈与H2H_2H2（20 sccm）注入，持续30min。最后，冷却至室温

在GPN上生长MoS2MoS_2MoS2:
使用热分解讲解过程将溶液化的(NH4)2MoS4(NH_4)_2MoS_4(NH4)2MoS4粉末(99.95%, Acros Organics)沉积在GPN形成MoS2MoS_2MoS2纳米片步骤如下：
(NH4)2MoS4(NH_4)_2MoS_4(NH4)2MoS4与乙二醇(ethylene glycol)混合，按照0.2, 0.5, 1.25 wt%
之后，在室温下用磁棒（magnetic bar）搅拌30min。接下来将GPN浸入到溶液中，之后在超过90∘C^{\circ}C∘C的环境下干燥1h。涂覆在GPN表面的(NH4)2MoS4(NH_4)_2MoS_4(NH4)2MoS4在180∘C^{\circ}C∘C的环境下，注入Ar，气压为1.8mTorr，持续30min，退火处理。之后在600∘C^{\circ}C∘C下， Ar气流为150 sccm，持续30min。最后在GPN上形成MoS2MoS_2MoS2。

MoS2/GPN/EcoflexMoS_2/GPN/EcoflexMoS2/GPN/Ecoflex复合材料的合成：

Ecoflex rubbers (EcoflexTM 00-30)partA 和part B按照1:1的比例在容器中混合。
在搅拌足够好之后，将之前得到的东西进入到Ecoflex溶液中，在80∘C^{\circ}C∘C下腌2个小时。将浸润Ecoflex的MoS2/GPN浸在FeCl3溶液中，腐蚀Ni泡沫12个小时。之后用去离子水清晰几次，最后得到MoS2/GPN/EcoflexMoS_2/GPN/EcoflexMoS2/GPN/Ecoflex混合材料