编号：FTJS107761
篇名： 基于掺杂石墨烯的铌镁酸铅钛酸铅（PMN-xPT）柔性压电薄膜的制作与特性研究
作者： 王子玉；刘红梅；班春成
关键词： 压电薄膜; PMN-PT; 两步固相法; 复合薄膜; 柔性可穿戴;
机构：黑龙江大学电子工程学院
摘要： 针对传统刚性传感器质量较大，结构受限，而柔性复合压电薄膜传感器有质量轻，良好的机械特性；且传统柔性压电薄膜传感器制作成本高，工艺复杂，本研究采用一种简单低成本的方法，制作了基于铌镁酸铅-钛酸铅（PMN-xPT）压电陶瓷粉体、高电子迁移率的石墨烯（Gr）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）柔性基底的高性能柔性压电薄膜（0.67PMN-0.33PT-Gr/PDMS）。该薄膜基于“压电相-导电相-柔性基体”三元复合体系的设计理念。利用具有高压电常数的PMN-xPT陶瓷粉体（经两步固相法抑制焦绿石相）与石墨烯（Gr）共同与PDMS混合，形成铝电极/( 0.67PMN-0.33PT-Gr/PDMS)/ITO-PET复合薄膜结构。其核心机制在于：PMN-xPT作为压电相提供极化电荷；石墨烯作为导电相，通过形成网络显著降低薄膜体电阻，促进电荷收集与传输；PDMS则作为柔性基体，承受应变并将应力有效传递至压电颗粒。实验证明，此柔性压电薄膜能有效将人体动作（如手指弯曲）转化为电信号，产生高达7.7 V的电压和120 nA的电流响应（比未掺入石墨烯输出电压提升了2.95倍，输出电流提升了3倍）。经过1000次重复弯曲测试，其输出电压稳定维持在7.7 V±0.2 V（波动≤±2.6%），输出电流保持在120 nA±5 nA（波动≤±4.2%），展现出优异的力学性能。该柔性、高性能的压电薄膜为开发自供电可穿戴运动传感器、健康监测设备及医疗植入物传感器提供了有效的解决方案。