图2. 传感器设计和微泡膨胀测试。(a) GPH膜电容式压力传感器的3D示意图。(b) 用于测量电容压力响应的GPH膜电容压力传感器的光学显微照片,包括金电极、GPH膜和空腔。(c) 膨胀泡罩的3D地形原子力显微镜(AFM)图像,半径a=3.5μm,厚度t=45 nm,压力ΔP=0.94 kPa。(d)2D示意横截面图,描绘了具有单个空腔和致动膜的微泡膨胀测试程序,标记了重要参数。
图3. 微泡膨胀测试结果。(a,b)厚度为(a)45和(b)65 nm的GPH膜的径向应力-应变图,以及通过拟合从图中提取的量(E、E2D和预应力)。(c)测量E2D与聚对二甲苯厚度,。对于本工作中的数据,y误差条来自(a,b)的线性回归中的不确定性。x误差条是七个厚度测量值的标准偏差。(d)GPH膜的有效体积模量是石墨烯体积分数的函数,符合体积混合规则。两条水平虚线表示提取的石墨烯和聚对二甲苯的体积模量。通过组合(a,b)的线性回归中的误差和膜厚度的不确定度来量化误差条。Berger等人(2016)的数据误差条通过结合所述E2D和膜厚度不确定度中的所述不确定度进行量化。
图4. 与线性弯曲、Hencky解和FvK模型相比,GPH膜相对于径向位置的偏转。(a) 254 nm的膜厚加压至ΔP=21 kPa。(b) 夹紧膜边缘周围(a)的放大。(c) 65 nm的厚度加压至ΔP=68 kPa。(d) 夹紧膜边缘周围(b)的放大。(e) 加压至ΔP=116 kPa的45 nm厚度。(f) 夹紧膜边缘周围(e)的放大。
图5. 电容–GPH电容式压力传感器的压力响应。(a) 在340 kPa至大气压的五个压力循环中,设备电容和外部压力随时间绘制。(b) 作为压力变化函数的平均电容变化图,将FvK FEM模拟与测量进行比较。误差条是九个读数的标准偏差。
相关研究成果由曼彻斯特大学Aravind Vijayaraghavan 等人2023年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c21096)上。原文:Modeling Graphene–Polymer Heterostructure MEMS Membranes with the Föppl–von Kármán Equations。
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