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

conformal：共形的,正形的
$wt\%$ :质量百分浓度 $w_i = \frac{m_i}{m_{tot}}$
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 $MoS_2$ 和Ecoflex (共聚酯, 可降解塑料) 与GAN结合制造，与GPN结合的 $MoS_2$ 平面片按照裂缝-谷粒的形状排列。在平面片上形成 $MoS_2$ 纳米片。通过增加 $(NH_4)_2MoS_4$ 的浓度来增加 $MoS_2$ 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 $MoS_2/GPN/Ecoflex$ 传感器与之前报道的 $GPN/PDMS$ 相比有了极大的改善，由于共形平面片 $MoS_2$ 的存在。 $MoS_2/GPN/Ecoflex$ 在 $(NH_4)_2MoS_4$ 在1.25wt%下有 $6.06kPa^{-1}$ 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。 $3 \times 3$ 的传感阵列得以展示。

$MoS_2/GPN/Ecoflex$ 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 $1KPa^{-1}$ 。带隙可调的二维半导体材料 $MoS_2$ 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 $MoS_2$ 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 $PVDF-TrFE/MoS_2$ 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 $MoS_2/garphene$ 多空网络复合材料，碎裂的稻米形状的正形 $MoS_2$ 平面片依附于GPN(graphene porous network)，可达到 $6.06kPa^{-1}$ 的灵敏度，应变系数(GF)为24.1。

results and discussion

在这里插入图片描述

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 $(NH_4)_2MoS_4$ （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 $MoS_2(0.2, 0.5, 1.25wt\% (NH_4)_2MoS_4)$ , 经过在 $600^{\circ}C$ 下退火处理(annealing process)形成破裂的稻谷形状结构，在Figure 1c-e，随着 $(NH_4)_2MoS_4$ 浓度的增加， $MoS_2$ 的大小和密度也增加，由于共形 $MoS_2$ 平面片材的连续排列，增加了 $MoS_2/GPN$ 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 $MoS_2/GPN$ 得化学元素组成，Mo和S在 $MoS_2$ 平面片和纳米片上观察到，而C只能在没有 $MoS_2$ 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 $MoS_2$ 破裂的稻米状的形成机理。 $(NH_4)_2MoS_4$ 涂覆在多孔石墨烯表面，然后在 $600^{\circ}C$ 下退火脱硫时产生 $MoS_2$ 。因此，我么认为，破碎稻谷状的 $MoS_2$ 的在经过冷却的形成与石墨烯的负的热膨胀系数有关。