عنوان پایان‌نامه
بررسی اثر کرنش بر روی خواص لایه های گرافن واکسید گرافین جهت استفاده درحسگر کرنش
- رشته تحصیلی
- فیزیک- حالت جامد
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5679;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77290;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5679;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77290
- تاریخ دفاع
- ۲۸ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- علی مظاهری
- استاد راهنما
- یاسر عبدی
- چکیده
- موضوع اصلی مورد مطالعه در این پایان نامه سنتز صفحات گرافین و مطالعه دسته ای از حسگرهای استرین و بررسی اثر استرین بر خواص گرافین و ساختار های شبیه آن است. در این پایان نامه صفحات گرافین به روش مکانیکی تولید شد. و برای بررسی اثر استرین بر خانواده گرافین صفحات اکسید گرافین به روش هامرز سنتز شد. ولی این صفحات به علت وجود اتم های اکسیژن در آنها فاقد حامل های بار آزادند و در نتیجه رسانایی الکتریکی ندارند. برای رفع این مشکل، صفحات اکسید گرافین به وسیله ی هیدرازین کاهش داده شد. بدین ترتیب سه ساختار متفاوت گرافینی بدست آمد. همچنین برای بررسی خواص حسگر استرین های فلزی تحت استرین و همچنین استفاده کردن به عنوان زیرلایه، لایه های نازک فلزی به روش تبخیر فیزیکی روی زیر لایه هایی از جنس پلی اتیلن ترفتالات و پلی ایمید لایه نشانی شدند. پس از آن لایه های فلزی به روش فوتولیتوگرافی الگودهی مارپیچ و دندان شانه ای شدند. روی الگوهای دندان شانه ای صفحات گرافین، اکسید گرافین و اکسید گرافین کاهش یافته قرار گرفت تا بتوان آنها را به شکل حسگر استرین مورد استفاده قرار داد. سپس با استفاده از سنگ گرافیت و نوک مداد بر پایه زیرلایه های قبلی و کاغذ دسته ای دیگر از حسگرهای استرین که گرافیتی بودند ساخته شد. سه گروه حسگر استرین گرافینی، گرافیتی و فلزی توسط دستگاهی که در آزمایشگاه طراحی و ساخته شد، مورد اعمال استرین کششی و یا تراکمی قرار گرفتند. نتایج تغییر مقاومت به مقاومت اولیه بر حسب استرین برای این حسگرها نشان از حساسیت بیشتر حسگرهای گرافیتی داشت. ضریب حسگری محاسبه شده برای نمونه های فلزی حدود 2، برای گرافینی ها 10 تا 20 و برای نمونه های گرافیتی بیش از 20 بود. سپس تغییرات مقاومت نمونه ها با دما به عنوان یک پارامتر مهم در حسگرهای استرین مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه از این حسگرهای استرین در ساخت وسیله ای به نام لودسل که در سنجش میزان نیرو، فشار و مخصوصاً نیروی جرم مورد استفاده قرار می گیرد، استفاده شد. پس از شبیه سازی اثر قرار دادن جرم بر روی لودسل ها در نرم افزار کامسول، حسگر ها در آرایش پل وتستون بر روی قطعات آلومینیومی لودسل- های ساخته شده در آزمایشگاه قرار داده شد. و پاسخ لودسل ها به نیروهای خارجی، تکرارپذیری آنها مورد مطالعه قرار گرفت. و دقت لودسل ها با توجه به طراحی و نوع حسگر های استرین از میلی گرم تا گرم بود.
- Abstract
- In this thesis we have studied on the synthesis of graphene and the effects of strain on graphene and graphene-based structures. Graphene sheets were obtained using mechanical and chemical exfoliation methods. As we all know, the sheets obtained by the well-known hummer’s method have a very poor conductivity. In order to overcome this problem, they were chemically reduced by hydrazine. In this study we have prepared three different structures for fabrication of strain gauge. In order to achive sensor structure, we have coated metallic films on the flexible substrates, such as; Polyethylene terephthalate (PET) and Polyimide. Then, the deposited metal films are patterned using standard photolithography to achive spiral and comb-like micro-structurs. Spiral metallic structure was used as metallic strain gauge, and comb-like structure was used as underlaying electrod for coating the graphene and graphene oxide sheets. Another type of strain gauge was fabricated in this work for which, graphite flake and pencil were utilized for creating patterns on paper. As prepared strain gauges were measured using a homo-made setup. The obtained results show that the reduced graphene oxide has a better response to strain than the other two. Measured gauge factor for thin metal film was about two. For graphene based sensors were 10 to 20. And for graphite based sample were more than 01. Effect of temperature on the resistance of the sensor was also studied here. The fabricated strain gauges were utilized in load cell. Load cell is used for measuring force, pressure and specially mass. Mass effect on load cell was simulated in Comsol multiphysics. Sensors were placed on load cell and were configured in wheatstone bridge. Load cell respone and repeatality was studied. Sensors and load cell showed sensitivity from mg to gram depending on their design.
