还原氧化石墨烯气体传感器的结构调控和性能优化

发布时间：2021-04-23 23:13

　　气体传感器在环境监测、工农业生产、药物、能源、军事及公共安全等各方面都有十分重要应用。石墨烯是一种极具潜力的气敏材料,一方面在于石墨烯的常温导电性使得它能够在室温下进行工作,另一方面在于它的高表面积为气体传感提供了相当多的活性位点。但同时,石墨烯在气体传感领域的实际应用中也遇到了一些问题。首先,石墨烯能够同时对多种气体进行吸附,故而无法对不同气体呈现出比较好的选择性。其次,石墨烯在敏感的同时,也比较脆弱,一旦损坏,极难修复,这会使得器件的整体稳定性大大降低,严重阻碍了石墨烯气体传感器的实际应用。最后,获得单层或几层的石墨烯均匀涂布的传感器件也并非易事,在溶液干燥的过程中,纳米材料会发生团聚,咖啡环效应也会使得纳米材料在器件表面的分布不均一,从而对器件性能产生严重影响。为了解决上述的这些问题,本论文提出了一种基于还原氧化石墨烯的三维核壳结构导电网络并用于气体传感领域,针对不同气体对其进行了结构和组成上的调整和优化。具体的研究成果如下:1、首次设计了氧化石墨烯包覆二氧化硅球（SiO₂@GO）三维核壳结构,并通过简单的热还原的手段得到石墨烯包覆二氧化硅球（SiO

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：166 页

【学位级别】：博士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 气体传感器的分类及工作原理
        1.2.1 基于电信号的气体传感器
        1.2.2 基于光信号的气体传感器
        1.2.3 基于声信号的气体传感器
        1.2.4 基于质量与形变的气体传感器
    1.3 半导体气体传感器
        1.3.1 半导体气体传感器简介
        1.3.2 半导体纳米材料的优势
        1.3.3 半导体纳米材料在气体传感器中的应用
    1.4 石墨烯材料的介绍及制备方法
        1.4.1 石墨烯简介
        1.4.2 石墨烯的制备方法
    1.5 石墨烯在气体传感领域的研究现状
        1.5.1 石墨烯的传感机理
        1.5.2 基于本征石墨烯的气体传感器
        1.5.3 基于功能化石墨烯的气体传感器
        1.5.4 基于石墨烯复合材料的气体传感器
    1.6 论文立题意义和研究内容
        1.6.1 立题意义
        1.6.2 研究内容
    参考文献
第二章 还原氧化石墨烯导电网络的结构调控及气敏特性
    2.1 引言
    2.2 实验设备和原料
2@RGO纳米材料及器件的制备">    2.3 SiO₂@RGO纳米材料及器件的制备
2纳米球的制备">        2.3.1 SiO₂纳米球的制备
2@GO纳米核壳复合材料的制备">        2.3.2 SiO₂@GO纳米核壳复合材料的制备
        2.3.3 气敏元件的制备
    2.4 样品表征
    2.5 气敏性能测试方法
        2.5.1 气敏性能测试
        2.5.2 气敏材料的有效表面积测试
    2.6 结果与讨论
2@TRGO的制备原理">        2.6.1 SiO₂@TRGO的制备原理
2@TRGO的表征">        2.6.2 SiO₂@TRGO的表征
2@TRGO的气敏性能">        2.6.3 SiO₂@TRGO的气敏性能
    2.7 本章小结
    参考文献
第三章 化学还原氧化石墨烯三维导电网络及气敏特性
    3.1 引言
    3.2 实验设备和原料
2@RGO纳米材料及器件的制备">    3.3 SiO₂@RGO纳米材料及器件的制备
2纳米球的制备">        3.3.1 SiO₂纳米球的制备
2@GO纳米核壳复合材料的制备">        3.3.2 SiO₂@GO纳米核壳复合材料的制备
        3.3.3 气敏元件的制备
    3.4 样品表征
    3.5 气敏性能测试方法
    3.6 结果与讨论
2@CRGO的制备原理">        3.6.1 SiO₂@CRGO的制备原理
2@CRGO的表征">        3.6.2 SiO₂@CRGO的表征
2@CRGO的气敏性能">        3.6.3 SiO₂@CRGO的气敏性能
    3.7 本章小结
    参考文献
第四章 二氧化锡@还原氧化石墨烯核壳三维网络结构的构建及气敏特性
    4.1 引言
    4.2 实验设备和原料
2@TRGO的制备">    4.3 SnO₂@TRGO的制备
2纳米球的制备">        4.3.1 SnO₂纳米球的制备
2@GO的制备">        4.3.2 SnO₂@GO的制备
2@TRGO的制备">        4.3.3 SnO₂@TRGO的制备
2@TRGO气敏元件的制备">        4.3.4 SnO₂@TRGO气敏元件的制备
    4.4 样品表征
    4.5 气敏性能测试方法
    4.6 结果与讨论
2@TRGO的制备原理">        4.6.1 SnO₂@TRGO的制备原理
2@TRGO的表征">        4.6.2 SnO₂@TRGO的表征
2@TRGO的气敏性能">        4.6.3 SnO₂@TRGO的气敏性能
2@TRGO的气敏提升机理">        4.6.4 SnO₂@TRGO的气敏提升机理
    4.7 本章小结
    参考文献
第五章 二氧化锡/石墨烯复合材料对二氧化氮气敏性能的理论模拟
    5.1 引言
    5.2 计算方法
2在其表面的吸附">    5.3 石墨烯模型的优化及其NO₂在其表面的吸附
2模型的优化及其NO₂在其表面的吸附">    5.4 SnO₂模型的优化及其NO₂在其表面的吸附
2/GR复合材料的结构优化及NO₂在其表面的吸附">    5.5 SnO₂/GR复合材料的结构优化及NO₂在其表面的吸附
2/GR复合材料表面NO₂的吸附">        5.5.1 单层SnO₂/GR复合材料表面NO₂的吸附
2/GR复合材料表面NO₂的吸附">        5.5.2 多层SnO₂/GR复合材料表面NO₂的吸附
    5.6 本章小结
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 创新点
    6.3 展望
致谢
攻读博士学位期间的文章、专利



本文编号：3156224