石墨烯湿敏传感器件的呼吸检测实验装置
【图文】：
·6H2O溶解到去离子水中，并缓慢加入NaOH(4mol/L)溶液，然后将上述混合溶液搅拌约1h后转移到水热反应釜中，在120°C连续加热反应12h，之后自然冷却至室温。将产物经多次离心分离和洗涤后得到ZnO溶液，用于自组装制备湿敏薄膜。图1为ZnO/GO薄膜传感器自组装制备工艺流程。在柔性聚合物聚酰亚胺衬底上制备有叉指回形电极，采用稀硫酸和氢氧化钠溶液去污预处理后，浸入聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)溶液，进行PDDA的自组装。10min后取出用去离子水冲洗并吹干;再浸入聚4-苯乙烯磺酸(PSS)溶液进行PSS的自组装，上图1ZnO/GO薄膜传感器的自组装制备工艺流程述操作重复1次。然后浸入ZnO溶液，进行ZnO自组装，20min后取出用去离子水冲洗并吹干;接下来浸入GO溶液中20min，之后洗涤和吹干，重复上述操作5次。最后将制备的器件放入真空干燥箱50°C热处理3～4h，去除氧化石墨烯上的环氧基团，得到电学性能改善的氧化锌/还原氧化石墨烯(ZnO/rGO)薄膜，作为电容型湿敏元件。图2为采用扫描电子显微镜(SEM)对制备样品ZnO/rGO薄膜的微观形貌表征图像。由图可见，，纳米ZnO和石墨烯具有很好的电学连接，而且石墨烯在敏感薄膜上层紧密包裹ZnO粒子。ZnO作为湿敏催化活性中心，石墨烯具有优异的电学性能和电子传输能力，非常适合作为湿敏传感器敏感薄膜。图2ZnO/rGO薄膜结构SEM表征图1．2测量电路设计与制作一个正常成年人呼吸时，该传感器电容在呼吸行为引起的湿度环境下随时间变化如图3所示。器件电容在鼻孔呼气时随周围湿度增加而上升，在鼻孔吸气时随周围湿度降低而下降，与呼吸动作具有较好的一致性。为获取检测频率，采用555器件设计多谐振荡器电路，将本文制备的电容式传感器连入电路中，使多谐振荡器产生一个频率变化的矩形波。555
胱铀釆逑床⒋蹈?接下来浸入GO溶液中20min，之后洗涤和吹干，重复上述操作5次。最后将制备的器件放入真空干燥箱50°C热处理3～4h，去除氧化石墨烯上的环氧基团，得到电学性能改善的氧化锌/还原氧化石墨烯(ZnO/rGO)薄膜，作为电容型湿敏元件。图2为采用扫描电子显微镜(SEM)对制备样品ZnO/rGO薄膜的微观形貌表征图像。由图可见，纳米ZnO和石墨烯具有很好的电学连接，而且石墨烯在敏感薄膜上层紧密包裹ZnO粒子。ZnO作为湿敏催化活性中心，石墨烯具有优异的电学性能和电子传输能力，非常适合作为湿敏传感器敏感薄膜。图2ZnO/rGO薄膜结构SEM表征图1．2测量电路设计与制作一个正常成年人呼吸时，该传感器电容在呼吸行为引起的湿度环境下随时间变化如图3所示。器件电容在鼻孔呼气时随周围湿度增加而上升，在鼻孔吸气时随周围湿度降低而下降，与呼吸动作具有较好的一致性。为获取检测频率，采用555器件设计多谐振荡器电路，将本文制备的电容式传感器连入电路中，使多谐振荡器产生一个频率变化的矩形波。555是一个集有数字电路与模拟电路于一体的集成电路，广泛应用到与时间相关的电路设计。由于其外围电路简单，故设计电路成本相对低廉［10-12］。图3传感器电容随呼吸时间测试图图4为湿敏传感器电容与频率的转换电路。电容C1、C2、传感器电容C3以及电阻Ｒ1和Ｒ2作为振荡器的定时元件，决定输出矩形波正、负脉冲的宽度。555定时器的触发输入端(TＲI)和阈值输入端(THＲ)与呼53
【作者单位】： 中国石油大学(华东)信息与控制工程学院;
【基金】：山东省重点教学改革研究项目(No.2015Z025) 教育部校企合作专业综合改革项目(No.CX2015ZG08GH) 中国石油大学教学改革项目(No.KS-B201407,SY-B201402,JY-B201614)
【分类号】：TP212
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