【摘要】：石墨烯納米帶(GNRs)是一種新型的準(zhǔn)一維石墨烯基納米材料,它兼具有碳納米管(CNTs)和石墨烯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。GNRs具有較大的表面積和高反應(yīng)活性的邊緣,這不但可以提高GNRs對(duì)特定分子的吸附作用,而且可以使其更易于被摻雜和化學(xué)修飾。此外,其特殊的量子限域和邊緣效應(yīng)使得GNRs的電學(xué)性質(zhì)可以通過(guò)改變納米帶的寬度和邊緣的修飾來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此,GNRs是一種極具潛力的氣體敏感材料。在本論文中,我們使用氧化縱向剝離多壁碳納米管(MWNTs)的方法成功制備了GNRs,并研究了其氣敏性能;針對(duì)本征GNRs靈敏度低、僅對(duì)少數(shù)氣體敏感等問(wèn)題,我們?cè)O(shè)計(jì)并制備了基于新型GNRs薄膜/二氧化硅/硅(GNRs/SiO_2/p-Si)異質(zhì)結(jié)的氨氣和氫氣氣體傳感器。首先我們通過(guò)縱向剝離MWCNTs制備了氧化石墨烯納米帶(GONRs),并通過(guò)抽濾轉(zhuǎn)印和低溫?zé)徇�原方法在叉指電極上制備了GNRs薄膜。研究發(fā)現(xiàn)GNRs薄膜對(duì)氨氣具有明顯的響應(yīng)。為了進(jìn)一步提高GNRs基傳感器的氨氣敏感性,我們?cè)趲в凶匀谎趸瘜拥墓杵现苽淞薌NRs/SiO_2/p-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),并使用原位聚合法對(duì)其進(jìn)行了聚苯胺修飾,最終得到了基于聚苯胺修飾GNRs/SiO_2/p-Si異質(zhì)結(jié)的氨氣傳感器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,室溫下該傳感器對(duì)1000 ppm的氨氣表現(xiàn)出優(yōu)異的響應(yīng)air(35)R R(~90%),并且具有更短的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間。我們認(rèn)為這是由于聚苯胺增強(qiáng)了傳感器對(duì)氨氣分子的吸附,吸附的氣體分子會(huì)改變聚苯胺和GNRs中的載流子濃度,進(jìn)而增大GNRs和p型硅之間的界面勢(shì)壘,最終使得通過(guò)該異質(zhì)結(jié)的電流在反向偏壓下產(chǎn)生了大幅度的變化。我們首次在實(shí)驗(yàn)上研究了GNRs對(duì)氨氣的敏感特性,并且探索了通過(guò)構(gòu)建GNRs/SiO_2/Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和聚苯胺修飾來(lái)提高其氨氣敏感性能的新途徑,這為研發(fā)高性能的氨氣傳感器提供了新思路。其次,我們使用一步法對(duì)GONRs進(jìn)行還原和金屬鈀(Pd)納米粒子修飾,制備了Pd-GNRs薄膜并研究了其氫氣敏感性。隨后,我們使用抽濾轉(zhuǎn)印法制備了Pd-GNRs/SiO_2/Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),并且發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)對(duì)氫氣具有更加優(yōu)異的敏感性。其中,基于Pd-GNRs/SiO_2/p-Si異質(zhì)結(jié)的氫氣傳感器室溫下對(duì)100 ppm氫氣的響應(yīng)air(35)R R約為94%,而對(duì)10000 ppm氫氣的響應(yīng)接近2000%�；趐-n結(jié)理論,我們提出了相應(yīng)的氣體敏感機(jī)理:由于氫氣氣體分子在Pd-GNRs表面的吸附升高了GNRs和p型硅之間的界面勢(shì)壘使得通過(guò)該異質(zhì)結(jié)的電流在反向偏壓下產(chǎn)生了大幅度的變化。我們首次運(yùn)用化學(xué)修飾的方法制備了Pd納米顆粒修飾的GNRs,并將其應(yīng)用于氫氣傳感器的研究中。而且,我們通過(guò)構(gòu)建Pd修飾GNRs/SiO_2/Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)大幅度提高了傳感器的氫氣敏感性能,這也為研發(fā)高性能的GNRs基氣體傳感器提供了新思路。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;TP212

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 何世堂;王文;劉久玲;劉明華;李順洲;;聲表面波氣體傳感器研究進(jìn)展[J];應(yīng)用聲學(xué);2013年04期

2 ;Graphene nanosheets decorated with Pd,Pt,Au,and Ag nanoparticles:Synthesis,characterization,and catalysis applications[J];Science China(Chemistry);2011年02期

3 鄭建旭;管永川;冉慧麗;姜心;魏曉鴿;蔣登高;;氨氣傳感器的應(yīng)用和研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2010年02期

4 吳玉鋒,田彥文,韓元山,翟玉春;氣體傳感器研究進(jìn)展和發(fā)展方向[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2003年10期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 羅鵬;氨氣電化學(xué)傳感器的研究[D];南京師范大學(xué);2008年

，

本文編號(hào)：2584971