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功能化石墨烯薄膜的制备及其应用于可穿戴式传感器研究 摘要 随着现代社会的不断发展，人们对于健康的生活需求也不断提高，如何实现便捷、 实时的健康监护和疾病早期诊断巳经成为人们亟待解决的问题。可穿戴式传感器由于其 操作简单，可以穿戴在用户身上对人体的生理生化指标进行实时的监测而得到了人们的 广泛关注，开发新型的柔性传感器材料用于构建可穿戴式传感器具有重要的意义。石墨 烯材料具有独特的二维纳米结构、高比表面积、良好的导电性和柔韧性等特点，在柔 性传感、生物医学、电子器件、化学化工等领域都有很高的应用价值。本论文开发制备 了多种功能石墨烯薄膜材料，包括石墨烯自支撑薄膜、叱琳功能化的石墨烯薄膜、具 有多孔微结构的石墨烯薄膜和石墨烯导电织物材料，发掘了这些功能化石墨烯材料的 特性，并用于新型的柔性可穿戴传感装置的构建，实现对多种人体生理信号、动作以及 VOCs标志物的传感检测。具体的研究内容有： 1、 制备了柔性的石墨烯自支撑薄膜并以此为基础制备了叶琳功能化的石墨烯薄 膜，研究了其对VOC标志物气体的响应能力。使用四种不同的叶I#功能化石墨烯薄膜 构建了新型的柔性可穿戴气体传感阵列，并实现了对多种VOC气体的区分与检测。 2、 制备了柔性的多孔石墨烯薄膜，并研究了其在各种应变状态下的相对电阻变化 性能；将多孔石墨烯薄膜与叶噂功能化的石墨烯阵列相结合，构建了新型的多功能可 穿戴石墨烯传感阵列。利用多孔的rGO薄膜构成的应力响应层，实现对人体的脉搏、 呼气频率等生理信号的实时监测。利用由叶琳修饰的rGO气体传感阵列的电学信号变 化结合模式识别技术实现对人体呼气中VOC标志物的辨别和分析，实现了糖尿病患 者、肾病患者和健康人的区分。 3、 制备了柔性的石墨烯导电织物材料，并研究了其对应力的响应特性；通过在导 电石墨烯织物上进一步制备对VOC标志物气体色敏响应的聚二焕阵列，来构建新型的 多功能可穿戴传感阵列，对VOC标志物和人体生理信号及动作的同时监测研究。 本论文的工作丰富了功能化石墨烯材料的研究内容，研究了功能化石墨烯材料的 气体传感特性和应力响应特性，发展了其在生物医学领域的应用。 关键词：功能化石墨烯薄膜，可穿戴传感器，VOC标志物，生理信号 绪论 绪论 绪论 绪论 目录 TOC \o 1-5 \h \z \o Current Document \h 摘要 I \o Current Document \h Abstract I \o Current Document \h 目录 I \o Current Document \h 第一章绪论 1 \o Current Document \h 1.1引言 1 \o Current Document \h 1.2石墨烯薄膜的制备 2 1.2.1抽滤法制备石墨烯薄膜 2 1.2.2喷涂法制备石墨烯薄膜 2 1.2.3旋涂法/滴涂法制备石墨烯薄膜 3 1.2.4自组装法制备石墨烯薄膜 3 1.2.5化学气相沉积（CVD）法制备石墨烯薄膜 4 \o Current Document \h 1.3柔性可穿戴式传感器 4 \o Current Document \h 1.4石墨烯在柔性可穿戴传感器领域的应用 5 1.4.1气体和生物传感器 5 1.4.2力学传感器 8 \o Current Document \h 1.5论文选题意义及目的 10 \o Current Document \h 第二章咋噂修饰的石墨烯薄膜阵列的制备及其应用于VOC标志物气体的检测研究 12 2.1引言 12 \o Current Document \h 2.2实验部分 13 2.2.1材料与仪器 13 2.2.2石墨烯自支撑薄膜的制备 13 2.2.3咋琳功能化石墨烯薄膜的制备 14 2.2.4挥发性有机化合物的测试 14 \o Current Document \h 2.3结果与讨论 14 2.3.1石墨烯薄膜及咋琳修饰的石墨烯薄膜的制备及表征 14 2.3.2咋琳修饰石墨烯薄膜的气体响应性研究 18 2.3.3弯曲对石墨烯薄膜气体响应性的影响 19 2.3.4基于咋噂修饰石墨烯薄膜阵列的VOC气体检测研究 20 2.3.5模式识别 21 \o Current Document \h 2.4本章小结 23 \o Current Document \h 第三章多孔石墨烯薄膜的制备及其用于多功能可穿戴式传感阵列研究 24 \o Current Document \h 3.1引言 24 \o Current Document \h 3.2实验部分 24 3.2.1材料与仪器 3.2.2具有微孔结构的石墨烯自支撑薄膜的制备 25 3.2.3多孔石墨烯薄膜的应变