石墨烯是一種新型二維材料,全部由碳原子構(gòu)成,該材料的二維平面擁有很多氣體吸附的活性位點(diǎn),在MEMS氣體傳感器領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí),由于當(dāng)前制備工藝的限制,實(shí)際制備出的石墨烯不可避免地存在各種缺陷,這些缺陷對(duì)石墨烯的吸附和傳感性能會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。靈敏度和選擇性是決定氣體傳感器性能的關(guān)鍵指標(biāo),對(duì)氣體傳感器的研究應(yīng)重點(diǎn)圍繞這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行。本文以本征石墨烯和缺陷石墨烯對(duì)CO和CO₂的吸附過(guò)程為研究對(duì)象,運(yùn)用第一性原理分析方法,研究石墨烯的吸附特性和靈敏度,對(duì)比其對(duì)不同氣體的選擇性,為石墨烯氣體傳感器的性能改進(jìn)和應(yīng)用提供建議和參考。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1.建立本征石墨烯吸附CO和CO₂分子的模型,通過(guò)Materials Studio軟件的CASTEP模塊計(jì)算不同吸附位置的吸附特性。結(jié)果表明,本征石墨烯吸附CO的最佳吸附位置為CO分子平行于石墨烯的H位,吸附能為-5.879 eV,吸附能與吸附位置關(guān)系不大,與吸附取向關(guān)系較為明顯,平行取向的吸附能普遍大于垂直取向;本征石墨烯吸附CO₂的最佳吸附位置為T(mén)位,吸附能為... 

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號(hào)對(duì)照表
縮略語(yǔ)對(duì)照表
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 石墨烯簡(jiǎn)述
        1.2.1 石墨烯的制備
        1.2.2 石墨烯的性質(zhì)
    1.3 氣體傳感器
        1.3.1 氣體傳感器的關(guān)鍵參數(shù)
        1.3.2 不同工作原理的石墨烯氣體傳感器
    1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
    1.5 論文研究目的和主要工作
第二章 第一性原理計(jì)算方法
    2.1 第一性原理簡(jiǎn)介
    2.2 密度泛函理論
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
    2.3 交換關(guān)聯(lián)項(xiàng)的近似處理
        2.3.1 局域密度近似方法
        2.3.2 廣義梯度近似
    2.4 贗勢(shì)方法
    2.5 計(jì)算軟件介紹
    2.6 本章小結(jié)
第三章 本征石墨烯吸附CO和 CO_2 的特性研究
    3.1 引言
    3.2 計(jì)算方法與模型
        3.2.1 計(jì)算方法
        3.2.2 模型構(gòu)建
        3.2.3 計(jì)算及分析流程
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 本征石墨烯吸附CO的結(jié)果分析
        3.3.2 本征石墨烯吸附CO_2 的結(jié)果分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 缺陷石墨烯吸附CO和 CO_2 的特性研究
    4.1 引言
    4.2 石墨烯的缺陷及其形成原因
        4.2.1 拓?fù)淙毕?br>        4.2.2 空位缺陷
        4.2.3 石墨烯缺陷的形成原因
    4.3 計(jì)算模型與方法
    4.4 S-W缺陷和多空位缺陷石墨烯吸附CO的結(jié)果分析
        4.4.1 S-W缺陷石墨烯吸附CO的結(jié)果分析
        4.4.2 多空位缺陷石墨烯吸附CO的結(jié)果分析
    4.5 S-W缺陷和多空位缺陷石墨烯吸附CO_2 的結(jié)果分析
        4.5.1 S-W缺陷石墨烯吸附CO_2 的結(jié)果分析
        4.5.2 多空位缺陷石墨烯吸附CO_2 的結(jié)果分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 不足與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A Review on Graphene-Based Gas/Vapor Sensors with Unique Properties and Potential Applications[J]. Tao Wang,Da Huang,Zhi Yang,Shusheng Xu,Guili He,Xiaolin Li,Nantao Hu,Guilin Yin,Dannong He,Liying Zhang.  Nano-Micro Letters. 2016(02)
[2]石墨烯材料在氣體傳感器中的應(yīng)用[J]. 孫豐強(qiáng),許適溥.  華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2013(06)

博士論文
[1]石墨烯缺陷的特點(diǎn)與應(yīng)用研究[D]. 孫帥.天津大學(xué) 2015
[2]基于石墨烯的新型微納電子器件研究[D]. 田禾.清華大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3691549