石墨烯基金属氧化物气敏传感器研究

发布时间：2017-09-12 00:42

  本文关键词：石墨烯基金属氧化物气敏传感器研究

  更多相关文章： 石墨烯 金属氧化物 气敏传感器 原子层沉积 热蒸发

【摘要】：石墨烯是由sp2杂化的碳原子紧密排列构成的二维六角结构的单层石墨,具有优良的结构、力学、电学、热学和机械性能。其优秀的电学性能和极大的比表面积使其在气敏传感器方面有着非常好的应用前景。金属氧化物半导体作为传统的气敏材料,近年来通过制备大比表面以及异质结构和制备不同金属氧化物复合材料,使其气敏性有了很大提高。将石墨烯优良的电学性能和金属氧化物对气体的敏感性相结合成为气敏传感器新的研究方向。通过LPCVD制备石墨烯。通过原子层沉积(ALD)在石墨烯上沉积不同厚度的ZnO。测试了0.5,1,3,5和10nm厚的ZnO石墨烯传感器的气敏性。常温下,0.5nm厚的ZnO石墨烯对10ppm的甲醛响应可达51.7%,是本征石墨烯的5倍,测试极限低至150ppb。200℃测试温度下,3nm厚的ZnO石墨烯对10ppm的NO2的响应可达21.5%,测试极限低至200ppb。同时还研究了不同测试温度下传感器响应从p型到n型的极性转化现象。通过热蒸发在石墨烯上沉积SnOx-Sn制备石墨烯基SnOx-Sn气敏传感器。研究了SnOx-Sn蒸发速率和膜厚、基底加热时间和温度以及氧气流量对气敏性的影响。得到了最佳的制备条件,在此条件下制备的传感器对10ppm的NO2的响应可达140%,测试极限低至200ppb。同时通过场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)等表征手段研究了石墨烯基SnOx-Sn气敏传感器的形态结构和化学组分。
【关键词】：石墨烯 金属氧化物 气敏传感器 原子层沉积 热蒸发
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-32
• 1.1 引言9-10
• 1.2 石墨烯简介10
• 1.3 石墨烯的制备10-17
• 1.3.1 石墨烯的主要制备方法10-14
• 1.3.2 大面积石墨烯的制备方法14-16
• 1.3.3 本文采用的石墨烯制备方法16-17
• 1.4 石墨烯的转移17-25
• 1.4.1 石墨烯的主要转移方法17-24
• 1.4.2 本文采用的石墨烯转移方法24-25
• 1.5 石墨烯基气敏传感器25-31
• 1.5.1 结构型石墨烯气敏传感器26-27
• 1.5.2 功能化型石墨烯基气敏传感器27-31
• 1.6 本论文的研究思路31-32
• 第2章 石墨烯基ZnO气敏传感器的制备及其气敏性研究32-45
• 2.1 引言32-34
• 2.2 实验过程34-35
• 2.2.1 石墨烯基ZnO气敏传感器的制备34
• 2.2.2 气敏性的测试34-35
• 2.3 表征35-38
• 2.3.1 场发射扫描电镜(FESEM)35-36
• 2.3.2 X射线光电子能谱(XPS)36-37
• 2.3.3 拉曼光谱(Raman)37-38
• 2.4 结果与分析38-43
• 2.4.1 石墨烯基ZnO气敏传感器对甲醛的气敏性研究38-39
• 2.4.2 石墨烯基ZnO气敏传感器对NO_2的气敏性研究39-43
• 2.5 小结43-45
• 第3章 石墨烯基SnO_x-Sn气敏传感器的制备及其气敏性研究45-65
• 3.1 引言45
• 3.2 SnO_x-Sn厚度和蒸发速率对气敏性的影响45-51
• 3.2.1 实验部分46
• 3.2.2 表征46-50
• 3.2.3 结果与分析50-51
• 3.3 基底加热时间对气敏性的影响51-56
• 3.3.1 实验部分51-52
• 3.3.2 表征52-54
• 3.3.3 结果与分析54-56
• 3.4 基底加热温度对气敏性的影响56-60
• 3.4.1 实验部分56
• 3.4.2 表征56-59
• 3.4.3 结果与分析59-60
• 3.5 氧气流量对气敏性的影响60-63
• 3.5.1 实验部分60
• 3.5.2 表征60-62
• 3.5.3 结果与分析62-63
• 3.6 小结63-65
• 第4章 总结与展望65-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-73
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文73

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