基于化学修饰石墨烯传感器的研究
[Abstract]:Graphene is a two-dimensional crystal with single atomic thickness. It has a large specific surface area, good mechanical and mechanical properties, stable physical and chemical properties and excellent conductivity at room temperature. Therefore, graphene and its complex are ideal materials for the development of various sensors. In this paper, the electrochemical active sites of graphene surface were systematically studied. Several graphene based gas sensors and strain sensors were prepared and their properties were characterized. The main contents are as follows: taking graphene monolayer as the research object, the edge electrode and the planar electrode were obtained respectively at the edge position and the plane position of the selective region encapsulation, and the difference of electrochemical behavior between them was compared. The edge structure shows four orders of magnitude higher area specific capacitance, faster electron transfer rate and lower electrocatalytic overpotential than the plane. The plane of graphene can provide excellent conductivity, while the defect structure at the edge is an ideal material for energy storage and electrocatalytic activity. Ethylenediamine graphene was prepared by covalent modification of ethylenediamine group on the surface of graphene, and sulfonated graphene was prepared by pre-reduction-modification-rereduction method. The two graphene materials were assembled into ultrathin film as the active layer of chemical resistive gas sensor by simple impregnation technique. The sensor can selectively detect nitrogen dioxide gas, and the sensitivity of the sensor is much higher than that of graphene alone. In a wide range of nitrogen dioxide concentrations, the response signals of the two sensors show a good linear relationship with the concentration of the gas, with good reproducibility and selectivity, and the reversible desorption of nitrogen dioxide gas can be realized by nitrogen gas blowing. Poly (ethyleneimine) / polyvinyl alcohol (PVA) composite fibers were prepared by electrospinning technique. The graphene / polymer composite fibers were fabricated on the surface of monolayer graphene and directly applied to the resistive nitrogen dioxide gas sensor. The sensor can be used at room temperature. The sensitivity of the sensor is up to 150ppb. The sensor has good selectivity and cyclic reversibility. Response and recovery speed has also been greatly improved. Using renewable hair as elastomer, graphene oxide was assembled on the surface, and the reduced graphene / hair composite fiber was obtained by further reduction and applied to the stress sensor. The sensor is super small and light and has good strength. Because the substrate material has good flexibility and plasticity, the sensor can be fiber, spring, or woven into a network structure. As a part of wearable device, it can be used as a sensor of finger bending, and as a pressure switch, it can be used to detect the tiny pressure of finger light point.
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ127.11;TP212
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,本文编号:2216434
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