石墨烯气体传感器吸附CO和CO 2 性能研究

发布时间：2022-10-15 15:24

　　石墨烯是一种新型二维材料,全部由碳原子构成,该材料的二维平面拥有很多气体吸附的活性位点,在MEMS气体传感器领域有着广阔的应用前景。同时,由于当前制备工艺的限制,实际制备出的石墨烯不可避免地存在各种缺陷,这些缺陷对石墨烯的吸附和传感性能会产生一定程度的影响。灵敏度和选择性是决定气体传感器性能的关键指标,对气体传感器的研究应重点围绕这两个参数进行。本文以本征石墨烯和缺陷石墨烯对CO和CO₂的吸附过程为研究对象,运用第一性原理分析方法,研究石墨烯的吸附特性和灵敏度,对比其对不同气体的选择性,为石墨烯气体传感器的性能改进和应用提供建议和参考。本论文的主要研究内容如下:1.建立本征石墨烯吸附CO和CO₂分子的模型,通过Materials Studio软件的CASTEP模块计算不同吸附位置的吸附特性。结果表明,本征石墨烯吸附CO的最佳吸附位置为CO分子平行于石墨烯的H位,吸附能为-5.879 eV,吸附能与吸附位置关系不大,与吸附取向关系较为明显,平行取向的吸附能普遍大于垂直取向;本征石墨烯吸附CO₂的最佳吸附位置为T位,吸附能为... 

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 石墨烯简述
        1.2.1 石墨烯的制备
        1.2.2 石墨烯的性质
    1.3 气体传感器
        1.3.1 气体传感器的关键参数
        1.3.2 不同工作原理的石墨烯气体传感器
    1.4 国内外研究现状和发展趋势
    1.5 论文研究目的和主要工作
第二章 第一性原理计算方法
    2.1 第一性原理简介
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
    2.3 交换关联项的近似处理
        2.3.1 局域密度近似方法
        2.3.2 广义梯度近似
    2.4 赝势方法
    2.5 计算软件介绍
    2.6 本章小结
第三章 本征石墨烯吸附CO和 CO_2 的特性研究
    3.1 引言
    3.2 计算方法与模型
        3.2.1 计算方法
        3.2.2 模型构建
        3.2.3 计算及分析流程
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 本征石墨烯吸附CO的结果分析
        3.3.2 本征石墨烯吸附CO_2 的结果分析
    3.4 本章小结
第四章 缺陷石墨烯吸附CO和 CO_2 的特性研究
    4.1 引言
    4.2 石墨烯的缺陷及其形成原因
        4.2.1 拓扑缺陷
        4.2.2 空位缺陷
        4.2.3 石墨烯缺陷的形成原因
    4.3 计算模型与方法
    4.4 S-W缺陷和多空位缺陷石墨烯吸附CO的结果分析
        4.4.1 S-W缺陷石墨烯吸附CO的结果分析
        4.4.2 多空位缺陷石墨烯吸附CO的结果分析
    4.5 S-W缺陷和多空位缺陷石墨烯吸附CO_2 的结果分析
        4.5.1 S-W缺陷石墨烯吸附CO_2 的结果分析
        4.5.2 多空位缺陷石墨烯吸附CO_2 的结果分析
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 不足与展望
参考文献
致谢
作者简介


【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]石墨烯材料在气体传感器中的应用[J]. 孙丰强,许适溥.  华南师范大学学报(自然科学版). 2013(06)

博士论文
[1]石墨烯缺陷的特点与应用研究[D]. 孙帅.天津大学 2015
[2]基于石墨烯的新型微纳电子器件研究[D]. 田禾.清华大学 2015



本文编号：3691549