氣體傳感器作為建立環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的“三大基石”之一,越來越為國家所重視。性能優(yōu)良的氣體傳感器通常需要具有導(dǎo)電性好、比表面積大、結(jié)構(gòu)有序的特點(diǎn)。隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展,許多具有這樣特性的納米材料引起了氣體傳感領(lǐng)域研究者極大的興趣。例如,具有高載流子遷移率、高比表面積的石墨烯二維材料、硅納米線陣列等。但是,傳統(tǒng)的石墨烯氣體傳感器恢復(fù)時間較長,有的甚至長達(dá)數(shù)小時;裸硅納米線極其不穩(wěn)定,容易被空氣氧化,尤其在腐蝕性氣氛中,檢測環(huán)境對于裸硅納米線的破壞是致命的。針對以上問題,本研究創(chuàng)新性地提出了一種雙管齊下的方法:一方面控制材料形態(tài)與尺寸,將普通石墨烯材料制備為石墨烯量子點(diǎn);另一方面將石墨烯量子點(diǎn)與硅納米線陣列組裝為異質(zhì)結(jié)構(gòu)。另外,為了簡化器件制備,又在石墨烯量子點(diǎn)/硅納米線陣列的基礎(chǔ)上引入了 PEDOT:PSS。本研究主要研究結(jié)果如下:第一,以硅納米線陣列為骨架,采用真空輔助的方法在其外部修飾石墨烯量子點(diǎn),組裝成石墨烯量子點(diǎn)/硅納米線陣列異質(zhì)結(jié)構(gòu)。較于裸硅納米線陣列傳感器,石墨烯量子點(diǎn)/硅納米線陣列傳感器對于低濃度NO2(1Oppm)響應(yīng)的靈敏度提升了將近10倍。同時,本論文從界面角度研究了傳感性能提升的原因,給出了機(jī)理解釋。另外,在石墨烯量子點(diǎn)層的保護(hù)下,硅納米線陣列避免了被氧化,這對于延長器件的使用壽命具有重大意義。第二,針對器件制備過程耗時且步驟繁瑣的問題,我們在石墨烯量子點(diǎn)/硅納米線陣列異質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。將導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS引入到傳感體系中,組裝成石墨烯量子點(diǎn)/PEDOT:PSS/硅納米線陣列結(jié)構(gòu)。在維持器件傳感性能的同時,將制備時間縮短為原來的1/3左右,同時分析了 PEDOT:PSS提升石墨烯量子點(diǎn)/硅納米線陣列傳感性能的原因。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;TP212
【部分圖文】：

圖１．１…維材料家族構(gòu)成及分類（Ｇｕｐｔａ等．，２０１５）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋２Ｄ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ邋ｆａｍｉｌｙ逡逑直到２００４年，Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ大學(xué)的Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ等（２００４）通過透明膠帶剝離逡逑

由于石墨烯出眾的特性，研究者們針對其制備方法也做了很多努力。石墨烯逡逑的制備方法很多，方法不同，所制備的石墨烯性能也大相徑庭。根據(jù)制備路徑來逡逑分，石墨烯的制備方法有“自上向下”和“自下而上”兩種方法，如圖１．２所示逡逑（Ａｍｂｒｏｓｉ等．，２０１４）。其中，“自上而下”法，通常是以石墨作為起始原料，通逡逑過機(jī)械法（如透明膠帶剝離）、化學(xué)法（如溶液剝離，氧化石墨剝落／還原）或電逡逑化學(xué)法（氧化／還原和剝離）制備石墨烯，其原理均在于削弱石墨烯層間的范德逡逑華力�！白韵露稀狈ㄊ侵竿ㄟ^催化（例如ＣＶＤ），熱分解（例如ＳｉＣ分解）或逡逑化學(xué)（有機(jī)合成）等過程，將小分子組裝成單層或多層石墨烯結(jié)構(gòu)，從而生成石逡逑墨烯。下面，對石墨烯的主流制備方法進(jìn)行簡單介紹。逡逑鋮化還原法逡逑

本文編號：2822015