还原氧化石墨烯微纳结构气敏传感器的制备与研究

发布时间：2017-08-02 07:33

  本文关键词：还原氧化石墨烯微纳结构气敏传感器的制备与研究

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【摘要】：石墨烯由于其特殊的二维平面结构以及优异的特性,在气敏传感器领域有很大的应用前景。石墨烯具有超高载流子迁移率、大的比表面积、优异的机械性能、物理化学性质稳定以及在室温下可导电等优点,从而可以弥补传统半导体气敏材料的不足。本论文通过几种湿法化学技术制备了两种石墨烯气敏材料,并且研究了其对氨气的气敏特性。具体研究工作如下:(1)通过紫外光照Fenton反应刻蚀氧化石墨烯(GO),进一步经吡咯还原制备出多孔还原氧化石墨烯(rGO),气体测试结果表明,多孔rGO是一种优异的气敏材料,其对NH3气体分子具有优异的气敏特性,并且其具有良好的选择性以及重复稳定的特性。多孔rGO气敏传感器对浓度为1 ppm、20 ppm和50 ppm的氨气分别有8.5%、13.2%和14.5%的电阻变化响应,响应时间小于5 min,恢复时间约为3 min。多孔rGO气敏传感器对50 ppm NH3气体分子进行重复性测试,结果表明,多孔rGO气敏传感器对NH3有非常好的重复特性。同时,多孔rGO对NH3气体分子的响应值是其它高浓度干扰气体的3倍以上,说明rGO气敏传感器具有优异的选择性。(2)通过将GO沉积在聚氨酯泡沫上,并经吡咯还原得到rGO泡沫,其在室温下对NH3气体分子有非常良好的响应特性。当NH3气体分子浓度为50 ppm时,其电阻值的响应值为3.67%,响应时间小于8 min,恢复时间约为4 min。rGO泡沫对NH3气体分子的响应值是其它高浓度干扰气体分子的2倍以上,表明该r GO泡沫具有出色的选择性,同时,该泡沫拥有良好的重复性。本论文研究了基于石墨烯的两种气敏结构,由于该两种气敏结构制作简单、成本低、对氨气检测有着良好的灵敏性、重复性与选择性,因此,其有望为NH3气体传感器的气敏结构设计与制备提供新的思路。
【关键词】：石墨烯 气敏 传感器 氨气 吡咯
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-25
• 1.1 引言10
• 1.2 石墨烯的结构10-11
• 1.3 石墨烯的特性11-14
• 1.3.1 石墨烯的机械特性11
• 1.3.2 石墨烯的电学特性11-12
• 1.3.3 石墨烯的光学特性12-13
• 1.3.4 石墨烯的热学特性13-14
• 1.4 石墨烯的制备14-17
• 1.4.1 机械剥离法14
• 1.4.2 化学气相沉积法14-15
• 1.4.3 外延晶体生长法15
• 1.4.4 溶剂热法15-16
• 1.4.5 电化学法16
• 1.4.6 化学氧化还原法16-17
• 1.5 石墨烯的表征17-19
• 1.5.1 光学显微镜17
• 1.5.2 原子力显微镜17
• 1.5.3 扫面电子显微镜17-18
• 1.5.4 透射电子显微镜18
• 1.5.5 拉曼光谱18-19
• 1.5.6 红外光谱19
• 1.5.7 紫外-可见光光谱19
• 1.6 石墨烯的应用19-21
• 1.6.1 能源储存19-20
• 1.6.2 场效应晶体管20
• 1.6.3 复合材料20
• 1.6.4 传感器20-21
• 1.7 石墨烯气敏传感器的研究进展21-23
• 1.8 本论文的主要研究内容及其意义23-25
• 第二章 多孔还原氧化石墨烯的制备及其气敏传感器的研究25-44
• 2.1 引言25
• 2.2 实验使用仪器与试剂25-26
• 2.3 实验部分26-32
• 2.3.1 氧化石墨烯的制备与表征26-29
• 2.3.2 多孔氧化石墨烯的制备29
• 2.3.3 多孔还原氧化石墨烯的制备29-30
• 2.3.4 多孔还原氧化石墨烯气敏传感器的制备30-31
• 2.3.5 气敏传感器测试系统31-32
• 2.4 结果与讨论32-43
• 2.4.1 多孔GO的AFM表征32-34
• 2.4.2 多孔GO与多孔rGO的XPS表征34
• 2.4.3 多孔GO与多孔rGO的红外光谱表征34-36
• 2.4.4 多孔GO与多孔rGO的拉曼光谱表征36
• 2.4.5 多孔GO与多孔rGO的XRD表征36-37
• 2.4.6 多孔GO与多孔rGO的UV-vis表征37-38
• 2.4.7 多孔rGO气敏传感器的响应检测38-42
• 2.4.8 气敏响应机理的分析42-43
• 2.5 本章小结43-44
• 第三章 还原氧化石墨烯泡沫的制备及其气敏传感器的研究44-55
• 3.1 引言44
• 3.2 实验使用仪器与试剂44-45
• 3.3 实验部分45-47
• 3.3.1 还原氧化石墨烯泡沫的制备45-46
• 3.3.2 还原氧化石墨烯泡沫气敏传感器的制备46-47
• 3.4 结果与讨论47-53
• 3.4.1 GO与rGO/泡沫的红外光谱表征47
• 3.4.2 GO与rGO/泡沫的拉曼光谱表征47-48
• 3.4.3 rGO/泡沫的SEM形貌表征48-49
• 3.4.4 rGO/泡沫气敏传感器的响应检测49-53
• 3.4.5 气敏响应机理的分析53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 结论55-58
• 4.1 论文主要结论55-56
• 4.1.1 采用改进后Hummers方法制备GO55
• 4.1.2 基于多孔rGO的气敏传感器55
• 4.1.3 基于rGO/泡沫的气敏传感器55-56
• 4.2 本论文的创新点56
• 4.3 工作展望56-58
• 参考文献58-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及专利66-67
• 致谢67-68

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