【摘要】：石墨烯在眾多方面都擁有優(yōu)秀的性能,諸如機(jī)械特性、電子的運輸能力和比表面積等,這些優(yōu)秀的特性使得它適合作為新型氣敏材料在傳感器制備過程中使用。但單一的石墨烯對氣體的選擇性較差,因此本文使用了石英晶體微天平器件(QCM),通過將擁有高比表面積的石墨烯與高選擇性的有機(jī)高分子聚合物進(jìn)行復(fù)合,制備出了基于石墨烯/有機(jī)高分子聚合物復(fù)合薄膜的QCM氣體傳感器。本文從氣敏響應(yīng)機(jī)理出發(fā),首先對不同種類石墨烯材料進(jìn)行了表征分析,通過表征分析探討了不同種類石墨烯可能會對氣敏響應(yīng)造成的影響,同時對用于復(fù)合的有機(jī)聚合物材料所應(yīng)該具備的特性進(jìn)行了討論,最終選擇了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚丙烯酸(PAA)作為敏感材料與氧化石墨烯(GO)進(jìn)行復(fù)合,通過氣噴成膜的方式制備出PVP/GO和PAA/GO兩種復(fù)合薄膜QCM器件,并分別探究了其氣敏機(jī)理、表征與器件的氣敏特性。在石墨烯/有機(jī)聚合物復(fù)合薄膜器件研究方面,首先,對PVP/GO復(fù)合薄膜用紅外、紫外、拉曼光譜、SEM與BET等手段進(jìn)行了表征分析,發(fā)現(xiàn)在PVP中加入GO材料后有助于增加薄膜的比表面積,提供更多的氣體吸附點以提高氣敏響應(yīng);其次,本文還通過嘗試改變不同的濃度配比等因素來改變敏感復(fù)合薄膜的制備工藝,并最終得出了具備最佳敏感特性的薄膜制備參數(shù)。實驗結(jié)果表明使用最佳制備工藝參數(shù)制備的基于PVP/GO復(fù)合薄膜的QCM氣體傳感器,相比于單純PVP薄膜以及PVP-GO分層薄膜器件的靈敏度高,重復(fù)性好,對氨氣具有良好的選擇性,但其長期穩(wěn)定性由于保存方式等因素的影響,有待于進(jìn)一步改善。然后制備了基于PAA/GO復(fù)合薄膜的器件,對PAA/GO復(fù)合薄膜進(jìn)行了紅外、紫外、SEM表征分析,分析了引入GO之后對于薄膜官能團(tuán)的影響以及形貌等方面的改變。接著,通過復(fù)合薄膜的制備工藝參數(shù)的改變,探索得到了最佳性能薄膜制備工藝。最后,同樣對該器件進(jìn)行了氣敏測試,通過測試結(jié)果發(fā)現(xiàn),基于PAA/GO復(fù)合薄膜的QCM氣體傳感器的靈敏度高,重復(fù)性好,線性度高,對氨氣的選擇性好,同時其長期穩(wěn)定性相比于PVP/GO復(fù)合薄膜得到了良好的改善。本文所制備的基于PVP/GO和PAA/GO兩種復(fù)合薄膜的QCM氣體傳感器氣敏性能良好,適用于室溫下對氨氣的檢測。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2529095