本文關(guān)鍵詞：還原氧化石墨烯微納結(jié)構(gòu)氣敏傳感器的制備與研究

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【摘要】：石墨烯由于其特殊的二維平面結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的特性,在氣敏傳感器領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。石墨烯具有超高載流子遷移率、大的比表面積、優(yōu)異的機(jī)械性能、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及在室溫下可導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn),從而可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)半導(dǎo)體氣敏材料的不足。本論文通過幾種濕法化學(xué)技術(shù)制備了兩種石墨烯氣敏材料,并且研究了其對(duì)氨氣的氣敏特性。具體研究工作如下:(1)通過紫外光照Fenton反應(yīng)刻蝕氧化石墨烯(GO),進(jìn)一步經(jīng)吡咯還原制備出多孔還原氧化石墨烯(rGO),氣體測(cè)試結(jié)果表明,多孔rGO是一種優(yōu)異的氣敏材料,其對(duì)NH3氣體分子具有優(yōu)異的氣敏特性,并且其具有良好的選擇性以及重復(fù)穩(wěn)定的特性。多孔rGO氣敏傳感器對(duì)濃度為1 ppm、20 ppm和50 ppm的氨氣分別有8.5%、13.2%和14.5%的電阻變化響應(yīng),響應(yīng)時(shí)間小于5 min,恢復(fù)時(shí)間約為3 min。多孔rGO氣敏傳感器對(duì)50 ppm NH3氣體分子進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試,結(jié)果表明,多孔rGO氣敏傳感器對(duì)NH3有非常好的重復(fù)特性。同時(shí),多孔rGO對(duì)NH3氣體分子的響應(yīng)值是其它高濃度干擾氣體的3倍以上,說明rGO氣敏傳感器具有優(yōu)異的選擇性。(2)通過將GO沉積在聚氨酯泡沫上,并經(jīng)吡咯還原得到rGO泡沫,其在室溫下對(duì)NH3氣體分子有非常良好的響應(yīng)特性。當(dāng)NH3氣體分子濃度為50 ppm時(shí),其電阻值的響應(yīng)值為3.67%,響應(yīng)時(shí)間小于8 min,恢復(fù)時(shí)間約為4 min。rGO泡沫對(duì)NH3氣體分子的響應(yīng)值是其它高濃度干擾氣體分子的2倍以上,表明該r GO泡沫具有出色的選擇性,同時(shí),該泡沫擁有良好的重復(fù)性。本論文研究了基于石墨烯的兩種氣敏結(jié)構(gòu),由于該兩種氣敏結(jié)構(gòu)制作簡單、成本低、對(duì)氨氣檢測(cè)有著良好的靈敏性、重復(fù)性與選擇性,因此,其有望為NH3氣體傳感器的氣敏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備提供新的思路。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 氣敏 傳感器 氨氣 吡咯
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-25
• 1.1 引言10
• 1.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.3 石墨烯的特性11-14
• 1.3.1 石墨烯的機(jī)械特性11
• 1.3.2 石墨烯的電學(xué)特性11-12
• 1.3.3 石墨烯的光學(xué)特性12-13
• 1.3.4 石墨烯的熱學(xué)特性13-14
• 1.4 石墨烯的制備14-17
• 1.4.1 機(jī)械剝離法14
• 1.4.2 化學(xué)氣相沉積法14-15
• 1.4.3 外延晶體生長法15
• 1.4.4 溶劑熱法15-16
• 1.4.5 電化學(xué)法16
• 1.4.6 化學(xué)氧化還原法16-17
• 1.5 石墨烯的表征17-19
• 1.5.1 光學(xué)顯微鏡17
• 1.5.2 原子力顯微鏡17
• 1.5.3 掃面電子顯微鏡17-18
• 1.5.4 透射電子顯微鏡18
• 1.5.5 拉曼光譜18-19
• 1.5.6 紅外光譜19
• 1.5.7 紫外-可見光光譜19
• 1.6 石墨烯的應(yīng)用19-21
• 1.6.1 能源儲(chǔ)存19-20
• 1.6.2 場(chǎng)效應(yīng)晶體管20
• 1.6.3 復(fù)合材料20
• 1.6.4 傳感器20-21
• 1.7 石墨烯氣敏傳感器的研究進(jìn)展21-23
• 1.8 本論文的主要研究內(nèi)容及其意義23-25
• 第二章 多孔還原氧化石墨烯的制備及其氣敏傳感器的研究25-44
• 2.1 引言25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)使用儀器與試劑25-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)部分26-32
• 2.3.1 氧化石墨烯的制備與表征26-29
• 2.3.2 多孔氧化石墨烯的制備29
• 2.3.3 多孔還原氧化石墨烯的制備29-30
• 2.3.4 多孔還原氧化石墨烯氣敏傳感器的制備30-31
• 2.3.5 氣敏傳感器測(cè)試系統(tǒng)31-32
• 2.4 結(jié)果與討論32-43
• 2.4.1 多孔GO的AFM表征32-34
• 2.4.2 多孔GO與多孔rGO的XPS表征34
• 2.4.3 多孔GO與多孔rGO的紅外光譜表征34-36
• 2.4.4 多孔GO與多孔rGO的拉曼光譜表征36
• 2.4.5 多孔GO與多孔rGO的XRD表征36-37
• 2.4.6 多孔GO與多孔rGO的UV-vis表征37-38
• 2.4.7 多孔rGO氣敏傳感器的響應(yīng)檢測(cè)38-42
• 2.4.8 氣敏響應(yīng)機(jī)理的分析42-43
• 2.5 本章小結(jié)43-44
• 第三章 還原氧化石墨烯泡沫的制備及其氣敏傳感器的研究44-55
• 3.1 引言44
• 3.2 實(shí)驗(yàn)使用儀器與試劑44-45
• 3.3 實(shí)驗(yàn)部分45-47
• 3.3.1 還原氧化石墨烯泡沫的制備45-46
• 3.3.2 還原氧化石墨烯泡沫氣敏傳感器的制備46-47
• 3.4 結(jié)果與討論47-53
• 3.4.1 GO與rGO/泡沫的紅外光譜表征47
• 3.4.2 GO與rGO/泡沫的拉曼光譜表征47-48
• 3.4.3 rGO/泡沫的SEM形貌表征48-49
• 3.4.4 rGO/泡沫氣敏傳感器的響應(yīng)檢測(cè)49-53
• 3.4.5 氣敏響應(yīng)機(jī)理的分析53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第四章 結(jié)論55-58
• 4.1 論文主要結(jié)論55-56
• 4.1.1 采用改進(jìn)后Hummers方法制備GO55
• 4.1.2 基于多孔rGO的氣敏傳感器55
• 4.1.3 基于rGO/泡沫的氣敏傳感器55-56
• 4.2 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)56
• 4.3 工作展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利66-67
• 致謝67-68

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