编号：FTJS107741
篇名： 网格式石墨烯应变传感元件的制备及其性能分析
作者： 刘晓春1,2；秦煜婷1,2；董荣珍1,2；石睿杰1,2；余志武1；伍军3；项诸宝1
关键词： 石墨烯; 导电聚合物复合材料; 应变传感; 制备工艺; 性能分析;
机构：1.中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心2.中南大学土木工程学院3.中国中铁股份有限公司
摘要： 针对传统应变监测技术无法满足工程结构大应变和裂缝监测需求的问题，以水性聚氨酯（WPU）作为弹性基体、石墨烯（Gn）作为导电填料，采用溶液共混法制备了Gn掺量从0.50wt%至1.5wt%的5组WPU基Gn导电复合浆料；设计制作了一种平板容池式聚四氟乙烯模具，利用该模具成型制备了网格式石墨烯应变传感层，进一步通过裁切封装形成新型网格式石墨烯应变传感元件。利用扫描电子显微镜观测传感层的微观形貌，利用电动万能拉压试验机和数字万用表测试传感元件的力学性能、电学性能及不同拉伸工况下的机敏性能。研究结果表明：WPU基Gn导电复合浆料可在聚四氟乙烯模具上固化形成较为稳定的网格状导电网络，传感层与封装层黏结良好。随着Gn掺量从0.50wt%增大至1.5wt%，传感元件的弹性模量逐渐增大，初始电阻逐渐下降并趋于稳定。初次单调拉伸测试中传感元件的电阻变化率-应变呈正相关关系，在0～25%应变范围内变化较为缓慢，在25%～50%应变范围内迅速增大；循环拉伸测试中传感元件经5次循环拉伸后电阻变化率-应变响应逐渐稳定。在0～10%应变范围内，Gn掺量为0.75wt%的网格式石墨烯应变传感元件的灵敏系数可达到16.4，非线性误差为3%，综合性能较优。该网格式石墨烯应变传感元件应变量程大，灵敏系数高，可为工程结构健康监测提供一种新的测试手段。