測(cè)試設(shè)備：化學(xué)氣相沉積爐、掃描電子顯微鏡、拉曼光譜儀、電子萬能試驗(yàn)機(jī)、數(shù)字源表、紅外熱像儀、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀（DMA）、聲級(jí)計(jì)、函數(shù)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)字示波器。

實(shí)驗(yàn)過程：采用化學(xué)氣相沉積法在泡沫鎳基底上生長單層石墨烯泡沫（GrF/Ni），經(jīng)PDMS溶液浸漬-旋涂固化后，通過FeCl3溶液刻蝕去除鎳骨架，冷凍干燥獲得三維柔性SLGF材料。使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)SLGF施加0.033%-51%動(dòng)態(tài)應(yīng)變，同步采集Keithley7510數(shù)字源表的電阻變化數(shù)據(jù)，結(jié)合LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行小波去噪與線性擬合；通過紅外熱像儀監(jiān)測(cè)焦耳熱驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物（SMP）的溫升曲線，利用高速攝像機(jī)（1000fps）記錄形狀回復(fù)過程，最終通過MATLAB實(shí)現(xiàn)應(yīng)變-電阻-溫度多物理場(chǎng)耦合分析，建立自監(jiān)測(cè)器件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型。

圖1三維石墨烯應(yīng)變傳感網(wǎng)絡(luò)與焦耳熱驅(qū)動(dòng)自監(jiān)測(cè)器件的多物理場(chǎng)耦合系統(tǒng)架構(gòu)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：本研究通過構(gòu)建三維石墨烯應(yīng)變傳感網(wǎng)絡(luò)（SLGF）及其與形狀記憶聚合物（SMP）的復(fù)合器件，系統(tǒng)驗(yàn)證了材料在寬應(yīng)變范圍、極端環(huán)境下的自監(jiān)測(cè)性能與功能集成能力。實(shí)驗(yàn)顯示，這種材料制成的傳感器不僅靈敏度極高（微小形變檢測(cè)達(dá)頭發(fā)絲粗細(xì)的千分之一），還能在反復(fù)拉伸3000次后保持穩(wěn)定性能。通過與智能材料結(jié)合，傳感器可在通電后自動(dòng)變形并實(shí)時(shí)反饋?zhàn)陨頎顟B(tài)，在-40℃嚴(yán)寒或150℃高溫環(huán)境下仍能可靠工作。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)傳感器只能單獨(dú)檢測(cè)形變或需要外部供電的局限，為智能機(jī)器人、可穿戴設(shè)備和航天器折疊結(jié)構(gòu)提供了更輕便、耐用的自感知解決方案，例如能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身彎曲狀態(tài)的柔性機(jī)械手，或可自動(dòng)調(diào)整形狀的衛(wèi)星太陽能板。

圖2SS1可變形器件在15V電壓下的形狀回復(fù)過程，插圖為對(duì)應(yīng)時(shí)刻的紅外照片

圖3SS2在15V電壓下的靜態(tài)熱、電性能測(cè)試。（a）通電加熱過程的紅外照片；

（b）相對(duì)電阻變化隨時(shí)間變化曲線（藍(lán)）和平均溫度隨時(shí)間變化曲線（紅）

圖4SS2在20V電壓下的自監(jiān)測(cè)性能測(cè)試。（a）形狀回復(fù)過程的紅外照片；

（b）相對(duì)電阻變化曲線（藍(lán)）和形狀回復(fù)率曲線（紅）

圖5SS2自監(jiān)測(cè)可變形器件在不同施加電壓下，對(duì)自身變形的監(jiān)測(cè)結(jié)果。（a）18V（b）22V

產(chǎn)品推薦：ATA-4000系列高壓功率放大器

圖：ATA-4000系列高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇