波纹化石墨烯纳米条带的制备及器件特性研究

石墨烯是完美的二维晶体，表现出优异的机械和电学特性，也容易在表面形成褶皱使得石墨烯表面电荷重新分布，改变其机械和电学特性。因此，可控地制作不同周期性波纹特征的石墨烯结构，研究石墨烯表面褶皱引起的表面应力分布以及表面局域电势的改变，在石墨烯柔性电子学材料和压力传感器应用方面具有重要的研究意义。我们将把石墨烯纳米条带转移到已经预施加拉应力的PDMS衬底上，然后释放应力，制备表面具有正弦波形状的石墨烯纳米条带结构。通过对周期性正弦波的波长和振幅调控来系统研究表面褶皱引起的引力分布以及应力对石墨烯导电特性的影响；进而加工制作周期性波纹状结构石墨烯纳米条带晶体管器件，研究器件的电荷传输特性，揭示石墨烯表面褶皱引起的表面电荷重新分布和能带结构变化的物理机制。

本项目对石墨烯的应力传感特性进行了研究。首先采用机械剥离的石墨烯，转移到预先施加应力的柔性衬底上，通过释放柔性衬底上的应力，得到了具有周期性结构的正弦波纹状石墨烯条带阵列。对波纹状石墨烯的周期及其振幅随着衬底的预加应力的不同而发生的变化进行了研究。进而采用微加工和金属电极蒸镀的方法，加工制作了周期性波纹状结构石墨烯纳米条带应力传感器件，研究了器件的应力灵敏特性。同时还采用相同的加工方法，对大面积的纳米石墨烯进行了波纹状应力传感器的制作，对其电阻随外加应力的变化进行了研究。另外，还研究了具有不同初始电阻的纳米石墨烯的应力灵敏特性，通过改变纳米石墨烯的初始电阻，得到了灵敏因子可调的应力传感器。本项目所取得的研究成果为石墨烯在柔性应力传感器及人造皮肤等方面的应用提供了实验依据和有价值的参考，同时这种可伸缩的结构，对于未来全碳电路器件具有更广泛的应用空间。本项目的相关研究工作在国际期刊发表后，受到国际同行的高度关注，其中波纹状折叠石墨烯的加工方法简单实用高效，被大家借鉴和推崇。