氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器,在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、武器裝備等領(lǐng)域有著重要作用。目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)氣體傳感器大多采用無(wú)機(jī)氧化物材料,具有工作溫度高、體積大、反應(yīng)慢、功耗高、重復(fù)性差等缺點(diǎn)。石墨烯作為一種典型的二維納米功能材料,在實(shí)驗(yàn)和理論上都得到了廣泛的關(guān)注,這歸結(jié)于石墨烯的二維平面晶體結(jié)構(gòu)具有良好的力學(xué)、電學(xué)等性質(zhì)。石墨烯有很大的比表面積,因而吸附性能好,在氣體探測(cè)方面應(yīng)用前景廣闊。在地下井導(dǎo)彈發(fā)射和密閉環(huán)境點(diǎn)火試驗(yàn)中,及時(shí)監(jiān)測(cè)到有毒氣體并能快速的吸收對(duì)工作人員的安全尤為重要;在航天領(lǐng)域中石墨烯傳感器可以檢測(cè)地球高空大氣層的微量元素。作為一種新型的氣敏傳感性材料,石墨烯在軍工航天方面有著重要的用途。本文基于第一性原理,應(yīng)用Material Studio軟件的CASTEP模塊研究石墨烯、摻雜石墨烯及空位石墨烯對(duì)CH4/CH2O的吸附能力。計(jì)算結(jié)果表明,Li摻雜可以很大程度提高石墨烯對(duì)CH4的吸附能力,其吸附能比本征石墨烯和空位石墨烯大一個(gè)數(shù)量級(jí);電荷轉(zhuǎn)移量較大,為0.41e左右;CH4分子與石墨烯垂直距離小,為2?左右;能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度及電荷密度分布顯示,CH... 

【文章來(lái)源】：北京理工大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 石墨烯的性質(zhì)
    1.3 石墨烯的制備
        1.3.1 機(jī)械剝離法
        1.3.2 氧化還原法
        1.3.3 化學(xué)氣相沉積法
        1.3.4 加熱SiC法
        1.3.5 碳納米管制備石墨烯帶
        1.3.6 其他方法
    1.4 石墨烯的研究進(jìn)展
    1.5 石墨烯的應(yīng)用前景
        1.5.1 儲(chǔ)氫材料
        1.5.2 納米電子器件
        1.5.3 液晶顯示器材料
        1.5.4 蓄電池材料
        1.5.5 氣敏性元件材料
    1.6 氣體傳感器的性能
    1.7 本論文的研究目的、主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
第2章 計(jì)算理論和方法
    2.1 計(jì)算物理學(xué)概述
        2.1.1 研究范圍
        2.1.2 研究方法
    2.2 第一性原理概述
    2.3 密度泛函理論
        2.3.1 密度泛函理論簡(jiǎn)介
        2.3.2 交換關(guān)聯(lián)函數(shù)
        2.3.3 密度泛函理論的應(yīng)用
    2.4 能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法
        2.4.1 緊束縛近似
        2.4.2 近自由電子近似
        2.4.3 平面波法
        2.4.4 正交化平面波法
        2.4.5 贗勢(shì)法
        2.4.6 綴加平面波法
    2.5 本文所用的計(jì)算軟件及計(jì)算方法
第3章 石墨烯材料在氣體傳感器中的應(yīng)用
    3.1 檢測(cè)原理與響應(yīng)過(guò)程
    3.2 半導(dǎo)體式氣體傳感器
    3.3 石墨烯類氣體傳感器的工作原理
第4章 石墨烯對(duì)CH_4的吸附性研究
    4.1 引言
    4.2 計(jì)算方法、模型構(gòu)建與計(jì)算流程
        4.2.1 計(jì)算方法
        4.2.2 模型構(gòu)建
        4.2.3 計(jì)算流程
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 摻雜對(duì)石墨烯結(jié)構(gòu)的影響
        4.3.2 CH_4吸附石墨烯位置的確定
        4.3.3 CH_4吸附石墨烯體系能帶結(jié)構(gòu)分析
        4.3.4 CH_4吸附石墨烯體系態(tài)密度分析
        4.3.5 CH_4吸附石墨烯體系電荷密度分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 石墨烯對(duì)CH_2O的吸附性研究
    5.1 引言
    5.2 計(jì)算方法、模型構(gòu)建與計(jì)算流程
        5.2.1 計(jì)算方法
        5.2.2 模型構(gòu)建
        5.2.3 計(jì)算流程
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 CH_2O吸附石墨烯位置的確定
        5.3.2 CH_2O吸附石墨烯體系能帶結(jié)構(gòu)分析
        5.3.3 CH_2O吸附石墨烯體系態(tài)密度分析
        5.3.4 CH_2O吸附石墨烯體系電荷密度分析
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝



本文編號(hào)：3308390