本文通过溅射应用银装饰来增强激光诱导石墨烯（LIG）应变传感器的性能。这对于各种应用中的精确测量至关重要，因为它允许传感器高精度地检测应变的微小变化。此外，银色装饰增强了传感器在循环负载条件下的稳定性，解决了其他基于石墨烯的传感器面临的常见挑战。稳定性和可靠性的提高对于传感器在实际应用中的长期性能和耐用性至关重要。
采用溅射方法将银涂覆到激光诱导石墨烯基传感器上。考虑到溅射在不同穿透深度的能力，图1描述了制造镀银应变传感器的步骤。准备两个载玻片作为LIG（激光诱导石墨烯）和镀银LIG样品的初始基底。使用双面胶将Kapton胶带粘贴到载玻片上（图1a）。用浸有酒精的棉花清洁聚酰亚胺的表面以去除任何污染物。选择28%的最佳功率作为裸露样品和镀银样品形成石墨烯的最合适功率（图1b）。经过LIG工艺后，银沉积在Kapton基板上，确保银纳米粒子与激光诱导石墨烯的有效结合（图1c）。为了实现这一目标，将样品放置在真空沉积系统中并涂银300秒。涂层过程仅由溅射持续时间控制。由于涂层厚度并不直接重要，因此通过测量银涂层LIG样品的片电导来调整涂层时间。溅射300秒后，片材电导没有变化，表明涂层工艺完全覆盖和充分。
图1.制造应变传感器的步骤：(a将聚酰亚胺(PI)薄膜附着在载玻片上，(b)在PI薄膜上合成LIG，(c)在LIG上溅射银，(d)将 PDMS 前体浇注到嵌入铜电极的LIG上，(e)固化浇注的PDMS，(f)剥离固化的PDMS薄膜，(g)最终PDMS纳米复合材料传感器示意图厚度为400 μm，(h)激光处理的PI表面的一些图像。
根据拉曼光谱结果（图2），观察到了与石墨烯相对应的峰。石墨烯光谱中的G带是出现在(1587 cm−1)范围内的尖锐带。该谱带与形成石墨烯片的sp2杂化碳原子的面内振动有关。G带的位置易受样品中存在的层数影响，是确定层厚度的方法之一。G带的强度可用于评估石墨烯的厚度。D2频段是二阶D频段，称为D频段的泛音，是由双声子网络振动过程引起的。I2D/IG比值表明单层石墨烯存在一些缺陷。
图2.LIG的拉曼光谱图像。观察到与石墨烯形成相关的峰。
图3a-d显示了通过CO2激光在适当参数的聚酰亚胺上合成的3D石墨烯泡沫网络的图像。这些图像清楚地显示了石墨烯的多孔和分层结构。较亮的区域是能够很好地反射光线的石墨烯片。较暗的区域（黑洞）也表明石墨烯结构形成过程中较高浓度所产生的孔隙率。这些结构通过标准接口在不同方向上相互堆叠。可以看出，随着激光功率的增加，石墨烯泡沫层的积累增加，孔隙率降低，这意味着石墨烯形成的效率更高。
图3.石墨烯泡沫结构的SEM图像：(a) 70 μm放大倍数 (b) 20 μm放大倍数 (c) 7 μm放大倍数 (d) 3 μm放大倍数。
在血液脉冲的测量过程中，涂层与未涂层的LIG将会有较大的差异。图4a描绘了传感器元件及其接线的图像。图4b表示完整测试过程的图像，包括传感器元件与人体皮肤的连接以及参考脉搏血氧计探头。在这项工作中，没有使用单面或双面粘合剂来附着传感器元件；相反，在嵌入传感器元件的地方使用腕带。实验室设计的数据记录系统也如图4c所示。图4d、e展示了未涂层和涂层传感器的原始结果和过滤结果。此外，银纳米粒子和LIG基质之间的相互作用增强了压阻效应，从而放大了传感器对微小应变的响应，使其能够检测与血液脉冲相对应的压力的微小变化。传感器设计为在5%至70%的动态应变范围内有效运行；然而，它们的线性度和可靠性有助于精确测量较低的应变，使它们能够捕获血压脉冲的动态，尽管其幅度很小。可以看出，与其他样品相比，涂覆样品的结果的均匀性非常明显。
图4.涂银与未涂银LIG样品的原始和分析结果。(a) 传感器元件及其接线。(b) 使用参考脉搏血氧计探头将传感器元件连接到人体皮肤的方法图像。(c) 实验室设计的数据记录系统。(d) 未涂层银传感器的原始和过滤结果。(e) 镀银传感器的原始结果和过滤结果
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41598-024-80158-y
信息来源：液晶太赫兹乐园
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