• شماره ركورد
    33504
  • پديد آورنده

    فرزاد سيستاني

  • عنوان
    طراحي، ساخت و مشخصه‌يابي نانوحسگر چندگانه با استفاده از گرافن حكاكي شده به وسيله ليزر
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    نانو فناوري
  • سال تحصيل
    1400
  • تاريخ دفاع
    1403/12/20
  • استاد راهنما
    دكتر صادق صادق زاده
  • استاد مشاور
    /
  • دانشكده
    فناوري هاي نوين
  • چكيده
    به تازگي رويكرد جديدي در فرآيند سنتز گرافن به وسيله حكاكي مستقيم ليزري ((LIG پديد آمده‌است؛ اين روش بر خلاف ساير روش‌ها، بسيار مقرون به‌صرفه و مقياس‌پذير مي‌باشد. در پايان‌نامه حاضر يك حسگر چندمنظوره كرنش، دما، فشار و صدا با حساسيت بالا مبتني بر LIG ساخته شده‌است. براي اين منظور، نخست ساختار گرافني مورد نظر توسط ليزر CO2 بر روي بستر پلي‌ايمايد تشكيل شد و با انتقال بر روي چهار بستر مختلف قرار گرفته در يك بستر يكپارچه مسطح، يك المان حسگر چندمنظوره منعطف به‌دست آمد. تشكيل ساختار سلسله مراتبي و متخلخل گرافن، توسط آزمون‌هاي مشخصه‌يابي SEM، EDS و رامان بررسي و تأييد شدند. به‌منظور ارتقاي كارايي و حذف تاثير هر كدام از عوامل حسگر بر ديگري، با سنجش هر كدام از عوامل و كسر تفاضل بدست آمده براي هر كدام از چهار حسگر، خروجي نهايي به‌دست آمد. در پايان عملكرد الكترومكانيكي هر چهار حسگر در بازه‌هاي مشخص و در تعداد سيكل‌هاي متفاوت ارزيابي و تحليل شدند و اثبات شد. مجموعه حسگر ساخته شده شامل چهار المان مجزا براي اندازه‌گيري كرنش، فشار، دما و صوت است كه در يك آرايش مسطح كنار هم قرار گرفته‌اند. هر حسگر با پوشش‌هاي ويژه‌اي مانند PDMS، PAI (يك ترموپلاستيك مقاوم با رسانايي حرارتي بالا) و روغن سيليكون محافظت شده تا در برابر رطوبت و عوامل محيطي مقاوم باشد. نتايج تست‌هاي الكترومكانيكي نشان داد كه حسگر كرنش از حساسيت بالا (GF=1.22 تا 8.84) و رفتار خطي در محدوده كرنش 5% تا 70% برخوردار است، با پسماند كم و پايداري مطلوب حتي پس از 500 سيكل بارگذاري. حسگر فشار نيز عملكردي مشابه با حساسيت بالا و خطاي محاسباتي پايين (1%) از خود نشان داد. حسگر دما در محدوده 20 تا 80 درجه سانتي‌گراد پاسخ خطي و پايدار داشت، هرچند نويز ناشي از انتقال حرارت تأثير جزئي بر نتايج گذاشت. حسگر صوت نيز توانست تغييرات فركانس و شدت صدا را با دقت مناسب تشخيص دهد و با ميكروفون‌هاي معمولي مقايسه شد. مقايسه عملكرد حسگرهاي ساخته‌شده با نمونه‌هاي پيشين نشان داد كه اين سيستم از انعطاف‌پذيري بالا (تا 70% براي حسگر كرنش)، حساسيت مطلوب و دوام مكانيكي برخوردار است. اين ويژگي‌ها آن را براي كاربردهاي پوشيدني در حوزه‌هاي سلامت، ورزش و مانيتورينگ محيطي مناسب مي‌سازد. نوآوري اصلي اين تحقيق، يكپارچه‌سازي چند حسگر در يك ساختار سبك و مقاوم با پوشش‌هاي بهينه‌شده براي عملكرد همزمان و پايدار است.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/04/09
  • عنوان به انگليسي
    Design, Fabrication an‎d Characterization of a Multifunctional Nanosensor Using Laser-Induced Graphene
  • تاريخ بهره برداري
    3/11/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    فرزاد سيستاني

  • چكيده به لاتين
    A novel approach has recently emerged in graphene synthesis through direct laser writing (LIG), offering a significantly more cost-effective an‎d scalable method compared to conventional techniques. This thesis presents the development of a high-sensitivity, multi-purpose LIG-based sensor capable of measuring strain, temperature, pressure, an‎d sound. The process involved creating graphene structures on polyimide substrates using a CO₂ laser, which were then transferred onto four different substrates arranged on a single integrated flexible platform to form a multifunctional sensing element. The formation of hierarchical porous graphene structures was confirmed through SEM, EDS, an‎d Raman spectroscopy characterization. To enhance performance an‎d eliminate cross-sensing interference, each parameter was individually measured an‎d differential compensation was applied to obtain the final output. The electromechanical performance of all four sensors was eva‎luated an‎d analyzed across specified ranges through multiple test cycles, demonstrating reliable operation. The fabricated sensor system consists of four discrete elements for measuring strain, pressure, temperature, an‎d sound, arranged in a planar configuration. Each sensor was specially protected with coatings such as PDMS, PAI (a high thermal conductivity thermoplastic), an‎d silicone oil to ensure environmental resistance. Electromechanical testing results showed that the strain sensor exhibited high sensitivity (GF=1.22-8.84) with linear behavior across 5-70% strain range, minimal hysteresis, an‎d stable performance even after 500 loading cycles. - The pressure sensor showed similar high sensitivity with low computational error (1%) . The temperature sensor maintained linear, stable response between 20-80°C, though with minor thermal noise effects . The acoustic sensor accurately detected frequency an‎d intensity variations, performing comparably to conventional microphones. Performance comparison with previous designs demonstrated this systemʹs superior flexibility (up to 70% for strain sensing), optimal sensitivity, an‎d mechanical durability. These characteristics make it particularly suitable for wearable applications in healthcare, sports monitoring, an‎d environmental sensing. The key innovation of this research lies in the successful integration of multiple sensors into a single lightweight, robust structure with optimized coatings for simultaneous stable operation. The LIG fabrication method provides distinct advantages in terms of cost-effectiveness, scalability, an‎d performance compared to conventional graphene production techniques.
  • كليدواژه هاي فارسي
    نانوحسگر چندتايي، گرافن القاشده با ليزر، حسگر كرنش، حسگر فشار، حسگر دما، حسگر صوت , نانوحسگر چندتايي , گرافن القاشده با ليزر , حسگر كرنش , حسگر فشار , حسگر دما , حسگر صوت
  • كليدواژه هاي لاتين
    Multiple nanosensor, laser-induced graphene, strain sensor, pressure sensor, temperature sensor, sound sensor , Multiple nanosensor , laser-induced graphene , strain sensor , pressure sensor , temperature sensor , sound sensor
  • Author
    Farzad Sistani
  • SuperVisor
    Sadegh Sadegh Zadeh