甲烷/甲醛—石墨烯吸附性能研究

发布时间：2021-07-28 18:09

　　气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器,在工业生产、环境监测、武器装备等领域有着重要作用。目前国内外常见气体传感器大多采用无机氧化物材料,具有工作温度高、体积大、反应慢、功耗高、重复性差等缺点。石墨烯作为一种典型的二维纳米功能材料,在实验和理论上都得到了广泛的关注,这归结于石墨烯的二维平面晶体结构具有良好的力学、电学等性质。石墨烯有很大的比表面积,因而吸附性能好,在气体探测方面应用前景广阔。在地下井导弹发射和密闭环境点火试验中,及时监测到有毒气体并能快速的吸收对工作人员的安全尤为重要;在航天领域中石墨烯传感器可以检测地球高空大气层的微量元素。作为一种新型的气敏传感性材料,石墨烯在军工航天方面有着重要的用途。本文基于第一性原理,应用Material Studio软件的CASTEP模块研究石墨烯、掺杂石墨烯及空位石墨烯对CH4/CH2O的吸附能力。计算结果表明,Li掺杂可以很大程度提高石墨烯对CH4的吸附能力,其吸附能比本征石墨烯和空位石墨烯大一个数量级;电荷转移量较大,为0.41e左右;CH4分子与石墨烯垂直距离小,为2?左右;能带结构、态密度及电荷密度分布显示,CH... 

【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 石墨烯的性质
    1.3 石墨烯的制备
        1.3.1 机械剥离法
        1.3.2 氧化还原法
        1.3.3 化学气相沉积法
        1.3.4 加热SiC法
        1.3.5 碳纳米管制备石墨烯带
        1.3.6 其他方法
    1.4 石墨烯的研究进展
    1.5 石墨烯的应用前景
        1.5.1 储氢材料
        1.5.2 纳米电子器件
        1.5.3 液晶显示器材料
        1.5.4 蓄电池材料
        1.5.5 气敏性元件材料
    1.6 气体传感器的性能
    1.7 本论文的研究目的、主要内容及创新点
第2章 计算理论和方法
    2.1 计算物理学概述
        2.1.1 研究范围
        2.1.2 研究方法
    2.2 第一性原理概述
    2.3 密度泛函理论
        2.3.1 密度泛函理论简介
        2.3.2 交换关联函数
        2.3.3 密度泛函理论的应用
    2.4 能带结构的计算方法
        2.4.1 紧束缚近似
        2.4.2 近自由电子近似
        2.4.3 平面波法
        2.4.4 正交化平面波法
        2.4.5 赝势法
        2.4.6 缀加平面波法
    2.5 本文所用的计算软件及计算方法
第3章 石墨烯材料在气体传感器中的应用
    3.1 检测原理与响应过程
    3.2 半导体式气体传感器
    3.3 石墨烯类气体传感器的工作原理
第4章 石墨烯对CH_4的吸附性研究
    4.1 引言
    4.2 计算方法、模型构建与计算流程
        4.2.1 计算方法
        4.2.2 模型构建
        4.2.3 计算流程
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 掺杂对石墨烯结构的影响
        4.3.2 CH_4吸附石墨烯位置的确定
        4.3.3 CH_4吸附石墨烯体系能带结构分析
        4.3.4 CH_4吸附石墨烯体系态密度分析
        4.3.5 CH_4吸附石墨烯体系电荷密度分析
    4.4 本章小结
第5章 石墨烯对CH_2O的吸附性研究
    5.1 引言
    5.2 计算方法、模型构建与计算流程
        5.2.1 计算方法
        5.2.2 模型构建
        5.2.3 计算流程
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 CH_2O吸附石墨烯位置的确定
        5.3.2 CH_2O吸附石墨烯体系能带结构分析
        5.3.3 CH_2O吸附石墨烯体系态密度分析
        5.3.4 CH_2O吸附石墨烯体系电荷密度分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢



本文编号：3308390