关键词： 电催化氧化   二维导电MOFs   M3(HITP)2/rGO复合材料   APAP   降解机理  

摘要： 合成方法简单、结构调控灵活的二维导电金属有机骨架（2D CMOFs）—M（HITP）由于具有较大的比表面积、良好的导电性和大量高度暴露的金属节点,是一种理想的电催化剂。然而M（HITP）的二维结构导致其稳定性差,影响电子传输效率,从而降低中心金属位点与反应底物结合的可能性。因此,为了提升M（HITP）的稳定性、导电性和催化活性,利用（1）异质导电载体杂联进行M（HITP）结构外掺杂或（2）双金属位点引入进行M（HITP）结构内掺杂,成为拓展M（HITP）电催化降解污染物应用前景的有效措施。本研究分别以Ni、Cu为金属中心,2,3,6,7,10,11-六氨基三苯（HITP）为配体制备了Ni（HITP）和Cu（HITP）,并利用rGO进行结构外掺杂,或引入Ni和Cu双金属位点进行M（HITP）结构内掺杂。所得催化剂作为阳极电催化氧化降解APAP废水,深入探究催化剂的电催化作用机理与污染物降解路径。为有效进行结构外掺杂,研究利用超声辅助的水热法,以Ni、Cu为金属中心分别制备Ni（HITP）和Cu（HITP）,并通过超声辅助的水热法方法进行rGO结构外掺杂,制备Ni（HITP）/rGO和Cu（HITP）/rGO。材料的FTIR,XPS,UPS和EIS结构表征结果以及电催化测试结果显示,rGO掺杂后,Ni（HITP）和Cu（HITP）的导电能力、催化活性、循环稳定性能均有明显提升。在最佳复合比例下,Ni（HITP）/rGO和Cu（HITP）/rGO均能实现APAP被100%去除。相比于Ni（HITP）,Ni（HITP）/rGO对APAP的降解效率提升了8.5%;而相比于Cu（HITP）,Cu（HITP）/rGO对APAP的降解效率提升了12.5%。M（HITP）/rGO的构建导致有机配体上的N位点和rGO上的含氧基团间形成新的电子转移通路（rGO-O-N-M）,从而提升了电子移转速率,促进了材料表面的含氧基团和溶液中的氯离子通过得失电子反应生成活性物种,最终实现了APAP降解效率上的提升。利用一步式水热法,以Ni、Cu为金属中心对M（HITP）进行结构内掺杂,制备（NiCu）HITP。通过对材料进行FTIR,XPS和EIS结构表征和电催化氧化实验,证实了Ni、Cu双掺杂后M（HITP）的导电性、催化活性和重复利用性均有明显提升。与Cu（HITP）和Ni（HITP）相比,（NiCu）HITP具有更优异的催化活性和稳定性,对APAP的降解效率提升了10～20%,同时重复利用效率也显著提升。由于双金属的引入,使材料内的电子移转速率,活性氯物种的形成加快,进而引起降解效率提升,同时（NiCu）HITP的循环稳定性提升。

关键词： 图案化石墨烯   石墨烯生长   金属基底   取向刻蚀   边缘金属原子  

摘要： 近年来,二维原子晶体石墨烯材料由于其独特的原子结构和优异的理化性质在基础研究和应用领域受到重点关注。然而,石墨烯的零带隙特性阻碍了其在半导体电子器件等方面的应用。石墨烯的图案化策略能够通过对石墨烯的结构裁剪,以实现其电子结构以及性质功能的可调。因此,如何实现高质量图案化石墨烯的可控制备成为石墨烯制备和应用领域的重要问题。基于当前石墨烯图案化技术的限制,本文以实现高质量石墨烯制备特定图案化为目标,提出了一种图案化模板取向刻蚀石墨烯的方法。该方法的关键是预先设计具有沟槽阵列的图案化模板,进而沉积金属作为催化基底,将预先用CVD方法制备的均匀连续的石墨烯薄膜转移至催化基底表面,根据沟槽边缘金属原子催化活性高于沟槽外平面内金属原子这一特性,实现基于催化金属模板诱导定向刻蚀的石墨烯图案化制备。本研究首先探究CVD生长过程的各个反应参数对石墨烯薄膜的质量、层数和均匀性的影响。其次,探究了设计特定图案的模板和金属薄膜的沉积,以提供高活性边缘金属原子来实现催化取向刻蚀石墨烯的实验依据。最后,研究了不同金属基底辅助刻蚀石墨烯的影响。主要内容及相关研究成果如下:（1）CVD方法制备石墨烯薄膜的影响因素研究。利用XRD、Raman、OM和SEM等表征方法,探究了铜箔种类、碳源、生长温度、H2流量、CH4流量对石墨烯CVD生长的影响。结果表明,铜箔A与铜箔B在相同的条件下进行退火后,得到不同的铜晶面,以及铜箔内的杂原子含量分布不同均会影响石墨烯的生长;提高反应温度有助于制备均匀且连续的石墨烯薄膜;当H2流量太小时,石墨烯生长不连续,流量过大时,对石墨烯破坏作用变大;CH4流量越大,生成的石墨烯缺陷与层数都增大;生长时间增长会导致石墨烯质量变差。（2）不同金属基底表面刻蚀石墨烯的影响因素研究。首先,对比研究了常规铜箔以及沉积于带有V形沟槽的SiO2/Si表面的金属基底对其表面石墨烯刻蚀的区别,通过对转移至沟槽表面以及刻蚀前后石墨烯薄膜的形态结构的演化分析,发现了沟槽边缘优先催化石墨烯薄膜刻蚀。其次,分析了沟槽表面沉积Cu、Ni、CuNi合金金属作为催化刻蚀金属的刻蚀行为。结果表明,对于Cu和Ni催化金属而言,在刻蚀过程中,H2与O2对石墨烯都有刻蚀作用,而且O2的刻蚀效果比H2的刻蚀效果更强烈。通过对刻蚀后的石墨烯进行Raman和OM表征测试,发现以Ni为基底进行刻蚀时,当温度为450℃,氢气流量为15 sccm、刻蚀时间为10 min时可以刻蚀得到较好的石墨烯薄膜。以CuNi为基底进行刻蚀时,最佳反应条件为700℃,氢气流量为10 sccm、刻蚀时间为10 min。由于活性较高的Ni易对面内碳原子造成刻蚀,故活性温和的CuNi基底对石墨烯取向刻蚀的效果比以Ni为基底的刻蚀效果好。

关键词： 石墨烯   二维介孔材料   储能器件   微型超级电容器   体积能量密度  

摘要： 随着5G和物联网技术的快速发展,迫切需要开发与便携式智能电子产品相匹配的微型储能器件。微型超级电容器具有高的功率密度、长的循环寿命和优异的安全性等优点,是目前研究最广泛的、最具前景的微型储能器件之一。然而,微型超级电容器低的能量密度严重限制了其应用,那么开发高性能的电极材料被认为是提高其能量密度的关键。近年来,大比表面积、丰富活性位点、快速离子传输和出色储能能力的石墨烯基二维介孔材料被开发出来,其作为活性电极材料可以显著提高微型超级电容器的能量密度。但是,由于合成过程中分子间作用力等条件难以精准控制,石墨烯基二维介孔材料的可控制备仍然是一个巨大挑战。此外,石墨烯基二维介孔材料结构与电化学性能之间的构效关系揭示对材料的设计、性能和应用更具有指导性。针对以上问题,本文开发了界面诱导自组装策略,制备出了结构可控、电化学性能优异的石墨烯基二维介孔材料,将其应用于微型超级电容器中展现出了优异的电化学性能。主要研究内容和结果如下:1.制备了二维介孔聚多巴胺/石墨烯（m PG）并应用于高能量密度的微型超级电容器。制备的m PG纳米片具有不同暴露程度的介孔结构和可调的厚度（7.5-14.1 nm）。通过对比不同厚度m PG的电化学性能,探索了材料厚度与电化学性能之间的构效关系。基于适中的厚度、暴露的介孔和108 m2g-1的大比表面积,10.8 nm厚的m PG（m PG-2）在0.5 A g-1时的比电容为419 F g-1,5000次循环后仍能保持初始电容的96%。以m PG-2为活性电极材料,PVA/H2SO4为凝胶电解质构筑的微型超级电容器展现出优异的体积比电容(34.3 F cm-3)和体积能量密度(3.1 m W h cm-3)。此外,结合“盐包水”凝胶电解质组装的对称型微型超级电容器展现出1.6 V的高输出电压,11.5 m Wh cm-3的高体积能量密度。并且,这两种微型超级电容器均表现出突出的柔性和自集成性能。因此,这项研究为石墨烯基二维介孔材料及其高性能微型超级电容器应用提供了一个新的设计思路。2.制备了介孔氮掺杂碳/石墨烯（m NC/G）纳米片并应用于高性能的微型超级电容器。采用界面诱导自组装策略,以苯胺作为碳和氮源,石墨烯为二维形貌导向剂,二氧化硅为介孔模板,通过改变模板的尺寸精准地调控了m NC/G的孔径（7 nm、12 nm和22 nm）,并探究了材料孔径与电化学性能之间的构效关系。其中,拥有7 nm有序介孔阵列的m NC/G（m NC/G-7）纳米片展现出最大的比表面积(433 m2 g-1),最优异的导电性和最大的比电容(0.5 A g-1时267 F g-1)。进一步,基于优化的m NC/G-7纳米片组装的微型超级电容器具有21.0 F cm-3和1.9 m Wh cm-3的高体积比电容和体积能量密度以及优异的自集成性能,证明石墨烯基二维介孔材料应用于微型超级电容器可以显著提高其电化学性能。

关键词： 相变复合材料   石墨烯纳米片   制备工艺   导热性能   光热转换能力   形状稳定性  

摘要： 随着低碳工业发展、人口增长和燃料枯竭问题日益严重，太阳能的收集和利用越来越重要。具有高效光热转换和热能储存能力的储热材料在收集和利用太阳能起到至关重要的作用。相变材料(PCM)凭借较高的熔融焓和储能密度，展现出优异的储热性能。然而，PCM固有的低导热率、易泄露和光热转换效率差等缺点限制了其实际应用范围。石墨烯纳米片(GNP)具有高导热率，作为填料负载到相变材料中可有效提高导热率和光热转换能力，同时以GNP为材料的三维(3D)多孔骨架有效封装PCM材料，抑制其熔融泄露行为。为此，本论文采用GNP作为导热填料，借助冰模板法制备高性能3D GNP骨架，以此为骨架封装制备具有高导热、优异储热行为的相变复合材料。具体工作如下:　　(1)利用冰模板法制备了纤维素纳米纤维(CNF)/GNP/MXene 3D骨架,基于Ti3C2Tx MXene良好的相容性改善GNP分散性差以及其导致的3D GNP结构不规整等问题。一方面，MXene的引入可有效改善GNP水溶液的分散性，便于制备结构规整的三维骨架;另一方面，小尺寸MXene纳米片与大尺寸GNP相互搭接，改善了 GNP骨架的团聚或空隙现象，降低了填料间的界面热阻。因此其作为封装骨架可显著提升相变材料(PEG)的导热率(3.49W m-1 K-1),热量的快速传递导致复合材料的相变时间大幅度缩短。同时，MXene和GNP优异的光热特性赋予相变复合材料以优异的光热转化能力。此外，复合材料保留了 PEG大部分的储热能力(90.46％),并且具有良好的形状稳定性。　　(2)利用Ag纳米颗粒焊接效应改善3D GNP骨架内因物理搭接弱相互作用导致的高界面热阻等问题。通过多巴胺(DA)化学反应，在CNF表面包覆Ag纳米金属颗粒，以其为凝胶辅助剂，通过冰模板法制备了 CNF@Ag/GNP 3D骨架。由于垂直取向的GNP骨架作为声子传输路径，且Ag焊接降低了 GNP骨架的接触热阻，制备的复合材料表现出良好的热导率(4.3 W m-1K-1),提高了充/放热过程中的传热速率。同时，复合材料具有良好的光热转换能力，以GNP为填料的3D多孔框架具有巨大的毛细力和表面张力，有效地提高了形状稳定性,避免了 PCM的泄漏，同时保持了较高的储能容量(147.4～165.9 J g-1)。

关键词： 复合相变材料   共轭微孔聚合物   石墨烯   光热转化与储能  

摘要： 随着煤炭、石油等不可再生能源的大量燃烧,能源短缺已经成为人类在21世纪面临的主要难题之一。近年来,热能储存(TES)技术的出现解决了热能供需在时间和空间上的失配问题,在节约能源方面发挥着重要作用。其中,以相变材料(PCMs)为核心的潜热储能技术是最具有发展性和应用前景的热能储存技术,而具有高相变潜热、良好导热性和形状稳定性的复合相变材料对实现高效光热转化及储能具有重要意义。基于此,本文选取高导热的多孔碳材料作为基体用于负载石蜡(PW),制成定型复合相变材料(ss-PCCs),并对其化学结构、形貌、形状稳定性、热物性、光热转化与储存性能进行了探究。(1)通过Sonogashira-Hagihara偶联反应制备了共轭微孔聚合物气凝胶(CMPA)和碳化后的气凝胶(CMPCA),再通过真空辅助-熔融浸渍法负载PW得到复合相变材料CMPA@PW和CMPCA@PW,石蜡负载率分别高达1389 wt%和1206 wt%。两种ss-PCCs都具有高储能密度、低过冷度、优异的形状稳定性、热稳定性、热循环稳定性和长期化学稳定性。此外,CMPCA热导率为0.29 W·m·K,在整个紫外-可见-近红外光范围内具有85%左右的强光吸收率,这赋予了CMPCA@PW更好的导热性、光吸收能力和91.99%的光热转化与储能效率。(2)以单宁酸(TA)为还原剂,纳米纤化纤维素(NFC)为机械性能增强剂,通过水热法和冷冻干燥法合成了石墨烯气凝胶(GA)和纳米纤化纤维素/石墨烯气凝胶(NGA),再通过真空辅助-熔融浸渍法负载PW,得到复合相变材料PCC、PCC、PCC、PCC、PCC与PCC。结果表明,向GA中添加NFC能有效提高复合相变材料的形状稳定性,且NGA的PW负载率最高,能够吸附自身重量31.58倍的PW。PCC具有出色的形状稳定性、热稳定性和热循环稳定性,相变潜热高达147.9 J/g。

关键词： 钠离子电池负极   CoFe2O4   元素掺杂   石墨烯   电化学性能  

摘要： 人类对化石燃料的大规模应用造成了严重的气候变化和环境问题,这是21世纪亟待解决的社会挑战。为了应对这些挑战,全球都在努力充分利用风能和太阳能等可再生和可持续能源。然而,这些能源是间歇性的,供应是不可预测的[1],因此,电化学蓄电以其成本低、能效高、功率密度高、寿命长、环境适应性强（受地理条件影响较小）、建设周期短等优点受到广泛关注[2]。近年来,锂离子电池已经占据了现代储能市场的主导地位,但是我国锂资源过度依赖进口造成的成本问题,使得开发替代电池技术成为迫切需求。钠离子电池由于储量丰富、成本低廉且与锂电池有相同工作原理,在储能领域脱颖而出。然而,钠离子半径大、动力学速率慢限制了钠离子在电极材料中的可逆脱嵌,对电池的电化学性能产生了不利影响。因此,需要低成本、高性能、高稳定性和高安全性的新型电极材料来推动钠离子电池的应用[2]。 本论文主要研究了反尖晶石状过渡金属氧化物CoFe2O4的储钠性能,为了解决其导电性差和循环过程中容易发生体积膨胀的问题,采用了与碳材料复合和元素掺杂的手段对材料进行改性研究,使复合材料性能得到大幅提升,获得了较好的循环稳定性和倍率性能。具体研究内容如下: （1）利用静电纺丝和煅烧技术,成功制备了柔性CoFe2O4纳米颗粒/N掺杂碳纳米纤维膜（CFO/NCNF）的负极材料。并通过研究添加不同量的CoFe2O4浓度,得出了CoFe2O4与碳纳米纤维的最佳浓度配比。氮掺杂碳纳米纤维提供了稳定的三维结构,增加了更多的活性位点,提高了离子运动速率和导电性;CoFe2O4颗粒被均匀地包裹在碳基体内部或附着在纤维表面,有效的抑制了CoFe2O4的体积膨胀,增强了复合材料的机械性能和电化学性能。实验结果表明,添加300 mg CoFe2O4的样品（CFO-3/NCNF）有更好的电化学性能,在0.05 A g-1的电流密度下循环200圈后仍有345.7m Ah g-1的比容量,在1.5 A g-1的大电流密度下循环具有175.4 m Ah g-1的比容量。 （2）通过微波辅助法和后煅烧法制备了CoFe2O4/硫氮共掺杂石墨烯复合材料（CFO/SNRGO）,缓解了复合材料在充放电过程中的体积变化并且提高了导电性能。由研究结果可知:S、N两种杂原子的掺杂阻碍了RGO纳米片的团聚,使RGO具有独特的层状结构;CoFe2O4颗粒均匀的锚定在SNRGO纳米片的表面,减轻了复合材料在Na+脱嵌过程中的体积膨胀,且减小了CoFe2O4粒子的尺寸,使材料具有出色的储钠性能。制备的CFO/SNRGO复合材料在0.05 A g-1的电流密度下200次循环后,具有357.3 m Ah g-1的高可逆容量,在1.5 A g-1的电流密度下仍保持174 m Ah g-1的容量。 （3）本章节通过微波辅助方法成功地制备了Ni掺杂CoFe2O4/石墨烯复合材料（Ni-CFO/RGO）。是一种CoFe2O4纳米颗粒紧密且均匀锚定在石墨烯杂化纳米片上的新型纳米复合结构。Ni掺杂与CoFe2O4协同作用提高了复合材料的理论容量,减小了CoFe2O4在反应过程中的体积膨胀,也有效抑制了石墨烯的堆叠,使复合材料在电化学反应过程中具有优异的结构稳定性。Ni催化作用于石墨烯表面提高了其石墨化程度,降低了电荷转移电阻,有利于Na+的快速转移并提高了钠的储存能力。使Ni-CFO/RGO复合材料具备了优异的电化学性能,在0.05 A g-1的电流密度下循环200次后依然保持380.6 m Ah g-1的高可逆容量,并且具有出色的倍率性能,将电流密度升高至1.5 A g-1,可逆容量仍保持203.4 m Ah g-1。

关键词： NiCoFe层状双氢氧化物   石墨烯   碳酸根掺杂   超级电容器   电容去离子  

摘要： 随着当今世界经济的迅速发展,传统化石能源以及水资源已然接近匮乏,这使得可再生能源的储能装置领域的开发与研究变得刻不容缓。而电极材料往往是储能装置的核心所在,因此开发出性能优异的电极材料尤为重要。层状双氢氧化物（LDH）因其具有较大的赝电容、优异的层状结构以及低廉的成本而被广泛应用于电极材料的研究领域。但由于其片层易团聚以及导电性较差等缺陷,通常可将它与其它材料进行复合以此来改善其电化学和电吸附性能。本文采用水热合成法制备出NiCoFe层状双氢氧化物/还原氧化石墨烯复合材料（NCF-LDH/r GO-x）,使得LDH纳米片均匀分布在石墨烯的片层上,从而抑制LDH片层的团聚,大幅提高材料的比表面积。而且由于石墨烯的掺杂,使得复合材料的导电性显著提升。此外,本文还通过化学共沉淀法制备出碳酸根掺杂的NiCoFe层状双氢氧化物（NCFC-LDH-x）,该材料使得碳酸根插层到LDH片层间,以此来增大材料的比表面积及其与电解液接触的面积。最后对这些材料进行电化学和电吸附性能研究及分析,主要的研究内容如下:1、首先通过水热合成法制备出NiCoFe层状双氢氧化物（NCF-LDH-x）,形貌表征和电化学性能表征结果表明NCF-LDH-0.15具有最为优异的电化学性能,其在1 m V s-1下,比电容达到752 F g-1。另外在5 A g-1下,循环5000次,其电容保留率为86.3%。随后采用水热合成法将其与石墨烯进行复合制得NCF-LDH/r GO-x复合材料。电化学性能测试表明NCF-LDH/r GO-0.15具有最优异的电化学性能,其在1 m V s-1下,比电容达到1652 F g-1,相较于NCF-LDH-0.15提升了119%。此外,在5 A g-1下循环5000次后,其电容保留率高达91.7%。然后对NCF-LDH-0.15和NCF-LDH/r GO-0.15进行了电吸附性能测试。在1.2 V恒压,20 m L min-1的流速以及800 mg L-1的初始Na Cl浓度的测试条件下,NCF-LDH/r GO-0.15的电吸附容量为86.02 mg g-1,比NCF-LDH-0.15(65.59 mg g-1)提升了将近31%。另外在1600 mg m L-1的Na Cl浓度下,NCF-LDH/r GO-0.15的最大吸附速率达到2.10 mg g-1 s-1,比NCF-LDH-0.15(1.49 mg g-1 s-1)提高了约41%。2、其次采用化学共沉淀法制备出碳酸根掺杂的NiCoFe层状双氢氧化物（NCFC-LDH-x）。通过电化学性能测试表明NCFC-LDH-0.15具有最为优异的电化学性能,其在1 m V s-1下,比电容达到2056 F g-1,与NCF-LDH-0.15相比,其比电容提升了约173%。此外在5 A g-1下循环5000次后,其电容保留率达到89.1%。然后对NCFC-LDH-0.15进行了电吸附性能测试并与NCF-LDH-0.15进行对比分析。在1.2 V恒压,20 m L min-1的流速及800 mg L-1的初始Na Cl浓度的测试条件下,NCFC-LDH-0.15的平衡电吸附容量为76.43 mg g-1,比NCF-LDH-0.15(65.59 mg g-1)提升了将近17%。除此之外在1600 mg m L-1的Na Cl浓度下,NCF-LDH/r GO-0.15的最大吸附速率达到1.65 mg g-1 s-1,比NCF-LDH-0.15(1.49 mg g-1s-1)提高了将近11%。

关键词： 石墨烯霍尔元件   机械剥离   湿法转移   单层石墨烯   磁敏特性  

摘要： 石墨烯优良的物理特性使其成为理想的纳米材料,尤其在迁移率方面表现出优异的性能,使其在半导体器件领域中具有很高的研究价值,随着半导体器件的蓬勃发展,石墨烯对新一代电子设备性能提升至关重要。本文首先采用机械剥离方法制备多层石墨烯,再通过湿法转移方法将铜基上的单层石墨烯转移到硅衬底上,并表征分析石墨烯层数对拉曼光谱峰值大小和峰位的影响。在此基础上,通过TCAD Atlas仿真软件构建石墨烯霍尔元件模型,研究石墨烯沟道尺寸对石墨烯霍尔元件输出特性的影响,仿真分析了石墨烯霍尔元件与硅基霍尔元件磁敏特性,利用L-edit软件设计了石墨烯霍尔元件芯片版图,并采用湿法转移、反应离子刻蚀（RIE）等工艺研究制备单层石墨烯霍尔元件。在室温条件下,利用搭建的测试装置研究石墨烯霍尔元件的温度特性和磁敏特性等,结果表明,在-40～60℃温度范围内石墨烯霍尔元件电阻阻值随着温度升高而降低,其温度系数约为-393 ppm/℃;在VDD=0.1 V条件下,由范德堡法计算得到石墨烯电阻率约为4.63×10-4Ω·cm;在B=10 m T,VDD=0.01 V条件下测得电压灵敏度为0.742 V/V·T,载流子迁移率为2510 cm2/（V·s）,为进一步研究石墨烯特性奠定基础。

关键词： 石墨烯   聚苯胺   可穿戴温度传感器   远程医疗   呼吸监测  

摘要： 随着可穿戴医疗监测领域的快速发展,移动化智能医疗的普及正在改变着人们的生活方式,与传统的医疗方式相比,可穿戴医疗监测系统在空间上以及时间上打破了固定医疗地点以及缓慢的医疗监测过程,在保证医疗监测质量的同时,提供了快速、高效、多样的医疗监测技术。基于纳米复合材料的可穿戴温度传感器在医疗监测领域受到了广泛的关注,从材料层面提高可穿戴温度传感器的性能是一个重要的研究方向。基于此,本文制备了基于石墨烯纳米复合材料可穿戴温度传感器的呼吸监测系统。主要研究内容如下:1、可穿戴温度传感器的制备与研究:由石墨烯与聚苯胺(PANI)的复合物作为温敏材料,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介质制备了可穿戴温度传感器。为了从材料层面解决温度传感器非线性问题,掺杂电导率具有特殊负温度特性的聚苯胺作为复合材料的线性度补偿,最终使温度传感器的温度响应达到了极高的线性。此外采用SEM、AFM、拉曼光谱对温敏材料进行了表征,对温度传感器线性度、重复性、响应时间、稳定性等各方面进行了测试。建立了空间间隙理论模型,利用仿真分析对温度传感器的正温度系数(PTC)效应进行了更深层次的研究。研究结果表明,该传感器在25℃～40℃范围内具有较高的灵敏度(1.6%/℃)、线性度(0.99)、精度(0.3℃)和快速的响应时间(0.7s),为后续呼吸监测系统的设计奠定了基础。2、呼吸监测系统的硬件设计:将温度传感器作为感应端,然后设计与其相匹配的硬件电路,通过温度传感器检测口罩内部温度的起伏感知人体呼吸的变化。硬件电路主要作用就是将温度传感器随温度变化的电阻转化为电压信号,将模拟量转化为数字量,进行数据采集,从而在控制器内部对数据进行参数提取,计算出呼吸幅值和呼吸频率,最后通过蓝牙无线传输的方式传输到Android移动端,进行后续的呼吸监测。3、呼吸监测系统的软件设计:通过Android软件开发,将移动手机作为显示端,帮助医疗监护人员远程监测患者的呼吸运动,还可以向患者家属以及医护人员发送关于患者呼吸频率异常的警告信息。整个呼吸监测软件系统包含蓝牙数据传输、动态绘图、呼吸频率显示、及时传递报警信息、数据库信息存储等功能。