基于石墨烯材料的薄膜传感器制备及其多气氛下敏感机理研究
发布时间：2021-02-20 15:16
石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积而形成的二维零带隙晶体,近年来由于其优异的物理、化学性能而广受人们的关注。极高的电导率和大的比表面积,使其可被很好的应用于气体传感器方面。研究表明石墨烯材料对目标气体的检测限可达ppb级,甚至是单个气体分子。但未进行修饰的石墨烯存在对气体分子的检测能力有限、气敏选择性较差的不足。氧化石墨烯（GOs）产生于氧化还原法制备石墨烯的过程中,是一种类似于石墨烯结构的二维材料,因其具有大量的含氧官能团而产生了优于石墨烯的气敏性能。但改进Hummers法制备GOs工艺中采用大量的氧化剂、高的反应热而使其结构中氧官能团种类不可控,致使气敏材料产生选择性差、气敏机理不详等缺陷。为进一步解决石墨烯材料气敏研究中的问题,本论文在前人研究基础上改善GOs的制备工艺,合成出对单一气敏响应的羟基型氧化石墨烯（hGOs）和稳定性更好的大片径氧化石墨烯（BGOs）;采用石墨烯气敏材料联用解决GOs材料选择性问题;将石墨烯材料气敏传感元件载装于开发板,并设计编写程序得到石墨烯材料气体传感装置。对于石墨烯材料在气敏材料应用开发具有一定意义。实验中发现,石墨在氧化时存在官能团演化过程,降低...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气敏测试装置示意图
西南科技大学硕士学位论文13官能团，并在层间域中引入水分子，导致底面间距增大；随氧化程度的增加，碳原子层接入的官能团种类和数量逐渐增多，层间域中的水分子也逐渐增多，导致GO的底面间距逐渐增大。图2.2石墨原样和不同氧化时间GO样品XRD图Fig2.2X-raydiffractionpatternsofgraphiteas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes图2.3石墨原样和不同氧化时间GO样品FT-IR图Fig2.3Infraredabsorptionspectraofgrapheneas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes图2.3为石墨原样和不同氧化时间GO样品的FT-IR图。可以看出，未氧化的石墨样品未出现红外吸收峰，经氧化后接入多种官能团，且随氧化时间的增加，不同含氧官能团的特征吸收峰逐渐增强。其中1738cm-1、1570cm-1、1400cm-1、1229cm-1和1041cm-1处分别为C=O伸缩振动、sp2杂化碳原子C=C伸缩振动、C-OH弯曲振动、C-O-C弯曲振动以及C-OH伸缩振动的吸收峰。当氧化时间为4h时，新出现C-OH伸缩振动峰和弯曲振动峰较为明显，随着氧化时间的增长，出现了C-O-C的弯曲振动峰，而C=O的伸缩振动峰的变化不够明显，碳原子层接入含氧官能团导致六方环状结构对称性的降低，并导致C=C伸缩振动为红外活性和吸收峰的逐渐增强。当氧化时间为24h时，C=C伸缩振动峰、C-OH伸缩振动峰和弯曲振动峰以及C-O-C弯曲振动峰均达到最强。由于随氧化时间的增加，石墨碳原子层的氧化程度加深，在不断接入C-OH官能团的同时，部分C-OH进一步被氧化为C-O-C。因此，所有含氧官能团的吸收峰强度都随氧化时间的增加而逐渐增强。
西南科技大学硕士学位论文13官能团，并在层间域中引入水分子，导致底面间距增大；随氧化程度的增加，碳原子层接入的官能团种类和数量逐渐增多，层间域中的水分子也逐渐增多，导致GO的底面间距逐渐增大。图2.2石墨原样和不同氧化时间GO样品XRD图Fig2.2X-raydiffractionpatternsofgraphiteas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes图2.3石墨原样和不同氧化时间GO样品FT-IR图Fig2.3Infraredabsorptionspectraofgrapheneas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes图2.3为石墨原样和不同氧化时间GO样品的FT-IR图。可以看出，未氧化的石墨样品未出现红外吸收峰，经氧化后接入多种官能团，且随氧化时间的增加，不同含氧官能团的特征吸收峰逐渐增强。其中1738cm-1、1570cm-1、1400cm-1、1229cm-1和1041cm-1处分别为C=O伸缩振动、sp2杂化碳原子C=C伸缩振动、C-OH弯曲振动、C-O-C弯曲振动以及C-OH伸缩振动的吸收峰。当氧化时间为4h时，新出现C-OH伸缩振动峰和弯曲振动峰较为明显，随着氧化时间的增长，出现了C-O-C的弯曲振动峰，而C=O的伸缩振动峰的变化不够明显，碳原子层接入含氧官能团导致六方环状结构对称性的降低，并导致C=C伸缩振动为红外活性和吸收峰的逐渐增强。当氧化时间为24h时，C=C伸缩振动峰、C-OH伸缩振动峰和弯曲振动峰以及C-O-C弯曲振动峰均达到最强。由于随氧化时间的增加，石墨碳原子层的氧化程度加深，在不断接入C-OH官能团的同时，部分C-OH进一步被氧化为C-O-C。因此，所有含氧官能团的吸收峰强度都随氧化时间的增加而逐渐增强。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同氧化程度氧化石墨烯氨气敏感性能及机理[J]. 杨建召,孙红娟,彭同江,雷德会,岳焕娟. 精细化工. 2019(03)
[2]氧化石墨烯的表面羧基化与表征[J]. 胡泽艺,陈宪宏,丁燕鸿,张昌凡. 包装学报. 2018(02)
[3]还原温度对氧化石墨烯结构及室温下H2敏感性能的影响[J]. 陈浩,彭同江,刘波,孙红娟,雷德会. 物理学报. 2017(08)
[4]氧化程度对氧化石墨烯吸附亚甲基蓝性能的影响[J]. 王泉珺,孙红娟,彭同江,岳焕娟. 化工学报. 2017(04)
[5]氧化石墨烯及热还原产物对CH4和H2的敏感性能研究[J]. 侯若男,彭同江,孙红娟,刘海峰. 功能材料. 2015(16)
[6]石墨烯场效应晶体管研究进展[J]. 杨正龙,刘芯岩,卜弋龙,徐晓黎,刘永生. 固体电子学研究与进展. 2014(04)
[7]羧基化氧化石墨烯的制备及其电化学性能[J]. 王正玮,熊丽,高云涛,王振峰,闫莉莉,张宏教,赵杰,卯昌英. 云南民族大学学报(自然科学版). 2013(02)
[8]不同氧化程度氧化石墨烯的制备及湿敏性能研究[J]. 万臣,彭同江,孙红娟,黄桥. 无机化学学报. 2012(05)
硕士论文
[1]石墨烯基气敏传感器的研究[D]. 侯书勇.华东理工大学 2015
[2]基于气体传感器阵列的多气体检测及应用[D]. 施京毅.西北工业大学 2001
本文编号：3042951
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气敏测试装置示意图
西南科技大学硕士学位论文13官能团，并在层间域中引入水分子，导致底面间距增大；随氧化程度的增加，碳原子层接入的官能团种类和数量逐渐增多，层间域中的水分子也逐渐增多，导致GO的底面间距逐渐增大。图2.2石墨原样和不同氧化时间GO样品XRD图Fig2.2X-raydiffractionpatternsofgraphiteas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes图2.3石墨原样和不同氧化时间GO样品FT-IR图Fig2.3Infraredabsorptionspectraofgrapheneas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes图2.3为石墨原样和不同氧化时间GO样品的FT-IR图。可以看出，未氧化的石墨样品未出现红外吸收峰，经氧化后接入多种官能团，且随氧化时间的增加，不同含氧官能团的特征吸收峰逐渐增强。其中1738cm-1、1570cm-1、1400cm-1、1229cm-1和1041cm-1处分别为C=O伸缩振动、sp2杂化碳原子C=C伸缩振动、C-OH弯曲振动、C-O-C弯曲振动以及C-OH伸缩振动的吸收峰。当氧化时间为4h时，新出现C-OH伸缩振动峰和弯曲振动峰较为明显，随着氧化时间的增长，出现了C-O-C的弯曲振动峰，而C=O的伸缩振动峰的变化不够明显，碳原子层接入含氧官能团导致六方环状结构对称性的降低，并导致C=C伸缩振动为红外活性和吸收峰的逐渐增强。当氧化时间为24h时，C=C伸缩振动峰、C-OH伸缩振动峰和弯曲振动峰以及C-O-C弯曲振动峰均达到最强。由于随氧化时间的增加，石墨碳原子层的氧化程度加深，在不断接入C-OH官能团的同时，部分C-OH进一步被氧化为C-O-C。因此，所有含氧官能团的吸收峰强度都随氧化时间的增加而逐渐增强。
西南科技大学硕士学位论文13官能团，并在层间域中引入水分子，导致底面间距增大；随氧化程度的增加，碳原子层接入的官能团种类和数量逐渐增多，层间域中的水分子也逐渐增多，导致GO的底面间距逐渐增大。图2.2石墨原样和不同氧化时间GO样品XRD图Fig2.2X-raydiffractionpatternsofgraphiteas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes图2.3石墨原样和不同氧化时间GO样品FT-IR图Fig2.3Infraredabsorptionspectraofgrapheneas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes图2.3为石墨原样和不同氧化时间GO样品的FT-IR图。可以看出，未氧化的石墨样品未出现红外吸收峰，经氧化后接入多种官能团，且随氧化时间的增加，不同含氧官能团的特征吸收峰逐渐增强。其中1738cm-1、1570cm-1、1400cm-1、1229cm-1和1041cm-1处分别为C=O伸缩振动、sp2杂化碳原子C=C伸缩振动、C-OH弯曲振动、C-O-C弯曲振动以及C-OH伸缩振动的吸收峰。当氧化时间为4h时，新出现C-OH伸缩振动峰和弯曲振动峰较为明显，随着氧化时间的增长，出现了C-O-C的弯曲振动峰，而C=O的伸缩振动峰的变化不够明显，碳原子层接入含氧官能团导致六方环状结构对称性的降低，并导致C=C伸缩振动为红外活性和吸收峰的逐渐增强。当氧化时间为24h时，C=C伸缩振动峰、C-OH伸缩振动峰和弯曲振动峰以及C-O-C弯曲振动峰均达到最强。由于随氧化时间的增加，石墨碳原子层的氧化程度加深，在不断接入C-OH官能团的同时，部分C-OH进一步被氧化为C-O-C。因此，所有含氧官能团的吸收峰强度都随氧化时间的增加而逐渐增强。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同氧化程度氧化石墨烯氨气敏感性能及机理[J]. 杨建召,孙红娟,彭同江,雷德会,岳焕娟. 精细化工. 2019(03)
[2]氧化石墨烯的表面羧基化与表征[J]. 胡泽艺,陈宪宏,丁燕鸿,张昌凡. 包装学报. 2018(02)
[3]还原温度对氧化石墨烯结构及室温下H2敏感性能的影响[J]. 陈浩,彭同江,刘波,孙红娟,雷德会. 物理学报. 2017(08)
[4]氧化程度对氧化石墨烯吸附亚甲基蓝性能的影响[J]. 王泉珺,孙红娟,彭同江,岳焕娟. 化工学报. 2017(04)
[5]氧化石墨烯及热还原产物对CH4和H2的敏感性能研究[J]. 侯若男,彭同江,孙红娟,刘海峰. 功能材料. 2015(16)
[6]石墨烯场效应晶体管研究进展[J]. 杨正龙,刘芯岩,卜弋龙,徐晓黎,刘永生. 固体电子学研究与进展. 2014(04)
[7]羧基化氧化石墨烯的制备及其电化学性能[J]. 王正玮,熊丽,高云涛,王振峰,闫莉莉,张宏教,赵杰,卯昌英. 云南民族大学学报(自然科学版). 2013(02)
[8]不同氧化程度氧化石墨烯的制备及湿敏性能研究[J]. 万臣,彭同江,孙红娟,黄桥. 无机化学学报. 2012(05)
硕士论文
[1]石墨烯基气敏传感器的研究[D]. 侯书勇.华东理工大学 2015
[2]基于气体传感器阵列的多气体检测及应用[D]. 施京毅.西北工业大学 2001
本文编号：3042951
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