湿度对石墨烯/硅肖特基结电学特性影响的研究
发布时间：2022-02-09 00:48
石墨烯是2004年由英国科学家首先通过胶带机械剥离法制得。自那以后,石墨烯优异的导电率、导热率、机械强度、透光性,使得石墨烯被誉为“神奇的材料”。石墨烯的高比表面积,原子层级的二维特性使其在传感器领域得到了空前的重视,从传统的触觉传感器,位置传感器到超导探测器,粒子探测器,从化学传感器到各种生物大分子,在可以预见的未来我们相信基于石墨烯的传感应用将有更进一步的发展。本文基于浙江大学微纳加工平台,在实验室超净间里完成了石墨烯/硅肖特基结器件的制备工艺,并研究了在不同湿度条件下,石墨烯/硅肖特基结电学特性的变化；制备了一个具有多种工作模式的低功耗湿度传感器,并基于石墨烯/硅肖特基结构,首次创造性地将氧化石墨烯旋涂到石墨烯/硅结构上实现了Gr-X/Gr/Si三层异质结构的实际应用解决方案,论证了氧化石墨烯在湿度传感领域的应用前景。具体的研究内容和成果如下：1、获得了成熟稳定的石墨烯/硅肖特基结器件的制备工艺。依托浙江大学微纳加工平台,在超净间实验室里成功地研制出了石墨烯/硅肖特基器件。2、研究了石墨烯/硅肖特基器件在不同湿度条件下的i-v与c-v的交直流特性,并提出了相关理论。制备出了具有多...
【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１实验上获得的单层石墨巧显微镜围［ｉｉ??２
??１?ｉ?Ｗ??１－＾??图１．１实验上获得的单层石墨巧显微镜围［ｉｉ??通过后续的理论与实验研究，人们发现，石墨踩之间的蹟原子通过ｓｐ２杂化并与相??邻的王个碳原子＾乂〇键栖连，剩余的一个Ｐ电子轨道垂直于石墨靖平面，与周围碳原??子的Ｐ电子執道交叠形成六元离域大ｎ键。这些７１电子在平面巧可Ｗ自由移动，使得石??墨巧具有良好的导电性和导热性。石墨巧的厚度约为化３３５?ｎｍ，碳－碳键长约为化１４２??ｎｍ。对碳家族纳米材料做更进一步的对比研究发现，石墨婿是形成不同维数碳材料巧??基本单元。如图１．２所示，石墨席通过卷曲可Ｗ巧成零维的富勒婿和一维的碳纳米管，??还可Ｗ通过谁叠构成兰维的石墨可见研究二维石墨煤对研究碳纳米材料的重要性。??２??
ＩＶ．化学氧化还原法??化学氧化还原法制备石墨稀包括氧化石墨痛的制备与氧化石墨的婿还原两步Ｐ０－Ｗ，??如图１．６所示。第一步氧化石墨斌的制备ＰＷ：采用高儘酸巧、氯酸钟等强氧化剂与硫??酸、硝酸等强酸作为氧化剂对石墨进行氧化插层，再辅ＬＸ超声等手段将其分散为单层??氧化石墨婿状态；第二步氧化有墨婿的还原［ｗ：采用还原剂ｔｗｌ或者光口热［３３］等手段??去除氧化石墨稀表面的含氧基团，从而恢复石墨踩本身的片层结构，能够使得其原子??结构和物理性能得到一定程度的改善与恢复，从而得到还原氧化石墨馈。采用该方法??制备的石墨烁在电子迁移率尊物理特性上与机械剥离法制得的石墨踩仍有一定的差距，??但此方法能够实现大规模低成本制备石墨婿，并且特定的表面官能团的存在能够为还??原氧化石墨贿在某些特定传感场合提供优势，因此该方法仍然是一种非常有应用前景??的大规模制备石墨稀的方法。??．?。?Ｃｈｅｍｋ：ａＨｙ??ｇｒａｐｈｉｔｅ?９巧卵蜘?＠?〇ｘ＊＾?ｄｅｉｉｗｄ?ｇｒａｐｈ＾ｎ＃??图１．６化学氧化还原法制备还原氧化石墨嫌的步骤与化学反应图口Ｇ］??６??
【参考文献】：
期刊论文
[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]基于石墨烯及其衍生物的气敏传感器研究进展[J]. 刘静静,张冬至,童俊,夏伯锴. 电子元件与材料. 2015(08)
[3]石墨烯在传感器中的应用研究进展[J]. 周超,陈思浩,楼建中,王继虎,杨秋杰,刘传荣,黄大鹏,朱同贺. 材料导报. 2014(S1)
[4]石墨烯的边界效应在电化学生物传感器中的应用[J]. 宋英攀,冯苗,詹红兵. 化学进展. 2013(05)
[5]基于石墨烯的光学生物传感器的研究进展[J]. 高原,李艳,苏星光. 分析化学. 2013(02)
博士论文
[1]小分子在二氧化钛和石墨烯表面吸附与反应的第一性原理研究[D]. 苗萌.浙江大学 2014
[2]氧化石墨烯的湿敏特性及其在微纳湿度传感器上的应用[D]. 姚尧.西南交通大学 2013
[3]碳纳米管薄膜气敏元件的制备及敏感性研究[D]. 刘力涛.清华大学 2010
硕士论文
[1]石墨烯的制备、表征及在传感器中的应用研究[D]. 黄曼.华中科技大学 2013
本文编号：3616069
【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１实验上获得的单层石墨巧显微镜围［ｉｉ??２
??１?ｉ?Ｗ??１－＾??图１．１实验上获得的单层石墨巧显微镜围［ｉｉ??通过后续的理论与实验研究，人们发现，石墨踩之间的蹟原子通过ｓｐ２杂化并与相??邻的王个碳原子＾乂〇键栖连，剩余的一个Ｐ电子轨道垂直于石墨靖平面，与周围碳原??子的Ｐ电子執道交叠形成六元离域大ｎ键。这些７１电子在平面巧可Ｗ自由移动，使得石??墨巧具有良好的导电性和导热性。石墨巧的厚度约为化３３５?ｎｍ，碳－碳键长约为化１４２??ｎｍ。对碳家族纳米材料做更进一步的对比研究发现，石墨婿是形成不同维数碳材料巧??基本单元。如图１．２所示，石墨席通过卷曲可Ｗ巧成零维的富勒婿和一维的碳纳米管，??还可Ｗ通过谁叠构成兰维的石墨可见研究二维石墨煤对研究碳纳米材料的重要性。??２??
ＩＶ．化学氧化还原法??化学氧化还原法制备石墨稀包括氧化石墨痛的制备与氧化石墨的婿还原两步Ｐ０－Ｗ，??如图１．６所示。第一步氧化石墨斌的制备ＰＷ：采用高儘酸巧、氯酸钟等强氧化剂与硫??酸、硝酸等强酸作为氧化剂对石墨进行氧化插层，再辅ＬＸ超声等手段将其分散为单层??氧化石墨婿状态；第二步氧化有墨婿的还原［ｗ：采用还原剂ｔｗｌ或者光口热［３３］等手段??去除氧化石墨稀表面的含氧基团，从而恢复石墨踩本身的片层结构，能够使得其原子??结构和物理性能得到一定程度的改善与恢复，从而得到还原氧化石墨馈。采用该方法??制备的石墨烁在电子迁移率尊物理特性上与机械剥离法制得的石墨踩仍有一定的差距，??但此方法能够实现大规模低成本制备石墨婿，并且特定的表面官能团的存在能够为还??原氧化石墨贿在某些特定传感场合提供优势，因此该方法仍然是一种非常有应用前景??的大规模制备石墨稀的方法。??．?。?Ｃｈｅｍｋ：ａＨｙ??ｇｒａｐｈｉｔｅ?９巧卵蜘?＠?〇ｘ＊＾?ｄｅｉｉｗｄ?ｇｒａｐｈ＾ｎ＃??图１．６化学氧化还原法制备还原氧化石墨嫌的步骤与化学反应图口Ｇ］??６??
【参考文献】：
期刊论文
[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]基于石墨烯及其衍生物的气敏传感器研究进展[J]. 刘静静,张冬至,童俊,夏伯锴. 电子元件与材料. 2015(08)
[3]石墨烯在传感器中的应用研究进展[J]. 周超,陈思浩,楼建中,王继虎,杨秋杰,刘传荣,黄大鹏,朱同贺. 材料导报. 2014(S1)
[4]石墨烯的边界效应在电化学生物传感器中的应用[J]. 宋英攀,冯苗,詹红兵. 化学进展. 2013(05)
[5]基于石墨烯的光学生物传感器的研究进展[J]. 高原,李艳,苏星光. 分析化学. 2013(02)
博士论文
[1]小分子在二氧化钛和石墨烯表面吸附与反应的第一性原理研究[D]. 苗萌.浙江大学 2014
[2]氧化石墨烯的湿敏特性及其在微纳湿度传感器上的应用[D]. 姚尧.西南交通大学 2013
[3]碳纳米管薄膜气敏元件的制备及敏感性研究[D]. 刘力涛.清华大学 2010
硕士论文
[1]石墨烯的制备、表征及在传感器中的应用研究[D]. 黄曼.华中科技大学 2013
本文编号：3616069
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