硅基石墨烯纳米墙的制备及其湿度传感器的应用

发布时间：2024-06-04 22:10

　　本研究介绍了在较低的温度条件下,利用等离子体增强化学气相沉积法成功实现在单晶硅衬底上生长高质量石墨烯纳米墙。系统地研究了生长温度、生长时间及射频功率等对硅基石墨烯纳米墙微观结构的影响。利用包括拉曼光谱在内的多项技术表征石墨烯纳米墙的质量及尺寸大小。研究发现随着温度升高、生长时间延长和射频功率增大,石墨烯纳米墙的密度和尺寸也随之增大。通过优化工艺条件,成功制备出高密度、大尺寸、均一的硅基石墨烯纳米墙材料。并且,高质量的石墨烯纳米墙超大比表面积及大量晶界堆叠形成的缺陷大幅提升了湿度传感器的性能。

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【部分图文】：

图2不同射频功率的（a)Raman测试结果；（b）接触角测试结果；（c～e)SEM测试结果

PECVD法制备石墨烯纳米墙的过程中，射频功率严重影响石墨烯纳米墙的质量，图2分别探索了生长时间为25min，温度为600℃，不同射频功率对石墨烯纳米墙质量的影响。图2(a）射频功率分别为250、300和350W的拉曼光谱，光谱中I2D/IG增大，而ID/IG却降低，表明由于射频....

图3不同温度下制备的石墨烯纳米墙SEM结果（a)500℃；（b)550℃；（c)600℃；（d-f）与温度相对应的SAED结果

利用石墨烯纳米墙制备了石墨烯纳米墙基湿度传感器，用以监控空气环境中的相对湿度。通过探究其在不同湿度下I-V曲线的变化，得到了电流-湿度之间的线性关系。图5(a）为在相对湿度（RH）分别为0%、1%、5%、10%的空气环境中的I-V图谱，从图中可以明显看出不同相对湿度空气中相同电压....

图4高密度大尺寸的石墨烯纳米墙材料表征照片

图3不同温度下制备的石墨烯纳米墙SEM结果（a)500℃；（b)550℃；（c)600℃；（d-f）与温度相对应的SAED结果4结论

图5（a）实验制备的硅基石墨烯纳米墙材料对不同相对湿度空气的I-V曲线；（b）输入电压为2.8V时对应的电流值

通过研究不同生长参数对石墨烯纳米墙生长的影响，成功获得了高密度、大尺寸、均匀分布的三维纳米结构。并且基于该材料制备出高性能湿度传感器，研究了RH为0%～10%湿度范围内石墨烯纳米墙材料的电导率。本实验不仅克服了热CVD法制备石墨烯的诸多困难，而且成功将独特的石墨烯纳米墙三维结构应....

本文编号：3989237