纳米金属氧化物/石墨烯复合柔性透明纸基气敏传感器研究
发布时间：2022-02-13 09:39
柔性气敏传感器作为柔性电子器件的一员,在可穿戴传感器、电子皮肤和可植入医疗等领域都有广泛的应用。区别于传统陶瓷基和玻璃基气敏传感器,柔性器件大多是在有机聚合物衬底上采用低温（<200°C）工艺制备完成的。所以随着研究和应用的不断增长会产生许多不可降解的塑料废弃物,破坏人类赖以生存的环境。为了实现人类社会的可持续发展,科学家开始寻找环境友好型的材料替代现有的塑料来制备“绿色”电子器件。透明纸基电子器件因具有较高的潜力实现规模化和可持续性生产“绿色”器件,成为科学界的一个研究热点。如何制备出低成本绿色环保气敏传感器,并在低温下获得良好的材料质量和器件性能,一直是学术界和产业界共同关注的技术难题。本论文立足于二维石墨烯（还原氧化石墨烯,rGO）复合材料在电学性能和机械性能上的强大优势,以纳米技术为手段,研制出了多种透明纸基气敏传感器,并对器件的性能及应用进行了较为系统深入的研究,为促进并拓展柔性电子器件的发展与应用提供了基础。本文首先制备用于气敏传感器的CNFs透明纸。采用TEMPO/NaBr/NaClO催化氧化体系在碱性条件下处理木浆,并辅以超高压均质的方法,制备纳米纤维素（Cell...
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（a）纳米纸上柔性透明晶体管结构示意图；（b）晶体管器件的透射率结果及实物图；（c）PMMA下CNT层SEM图像；（d）弯曲前后I-V曲线
第一章绪论5型NTCDI-F15作为半导体材料，原子层沉积法制备的Al2O3作为电介质。如图1-6及其插图所示，整个器件高度透明，光透过率高达80%。如图1-6c所示，由于功能化的CNTs与NFC纤维之间存在大量的分子间作用力（范德华力和氢键），使得CNT薄膜能够很好地粘附于透明纸表面，从而无需通过介电层对其进行探测。TFTs介质层可以被溶剂型聚合物取代，这可以加快印刷纸基晶体管的速度。且整个装置具有很高的柔性，如图1-6d所示。在弯曲不同方向时，传递曲线变化不大，说明弯曲稳定性良好。（2）有机电致发光二极管有机电致发光二极管（OLED）设备目前在市场上多用于显示器和照明。与液晶显示器(LCD)等其他设备相比，OLED设备更雹更轻、更节能，因此更有前景。目前柔性OLED设备广泛制备于雹光滑、光学透明、对氧和水具有良好阻隔性能的塑料基底上。透明纸具有纳米级的光滑度，其光学性能可以从光学透明调到光学模糊，使其有利于用作制备柔性OLED器件。高雾度透明纸基OLED照明角度更宽，低雾度纸基OLED室内照明清晰度较高。图1-7（a）透明纳米纸基上柔性OLED示意图；（b）透明纳米纸OLED实物图；（c）弯曲前后I-V曲线Figure.1-7(a)SchematicofflexibleOLEDontransparentnanopapersubstrate.Fromtoptobottom,thedeviceconsistsofacathodealuminumlayer,a20nmcalciumelectroninjectionlayer,alightemittinglayerofgreenpolyfluorene,a10nmmolybdenumoxide(MoO3)and30nmPEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate))holeinjectionlayer,andalayerofCNTcoatedonnanopaper.(b)ImageofafunctioningnanopaperOLED.(c)I–Vcurvebeforeandafterbending[24]
第一章绪论7光散射是纸基的一种固有特性，它可以消除薄膜太阳能电池中附加的光管理机制。早先已有报道有机太阳能电池制备于层压或表面处理的普通纸张上[21,25–27]。近来有文献报道在透明纸基上制备了有机太阳能电池，如图1-8所示。Hu等人证明，制备的有机太阳能电池能量转换效率为0.21%。从电流电压输出来看，串联电阻高，可能的原因是由于界面电阻大，透明电极层电阻高。并联电阻有限，这可能是由于设备内部短路造成的。（4）印刷折叠天线天线是卫星、计算机或其他基于RFID设备传输和接收信号的重要部分，可折叠天线非常适用于小型设备。由于纸张具有可折叠性、可打印性、重量轻、成本低等优点，已被多组研究人员证明可以作为天线的基底[28,29]。常规纸基天线的缺点是由于表面粗糙造成的高回波损耗。纸张表面涂层可以帮助解决粗糙度问题，但由于涂层层容易开裂，可折叠性降低[30]。图1-9（a）印刷于透明纸的银线图像；（b）印刷于透明纸的银线SEM图像；（c）折叠后的纳米纸银线图像；（d）纳米透明纸基天线折叠前后的回波损耗结果Figure.1-9(a)Silverlineprintedonnanopaper;(b)SEMimageofsliverprintedline;(c)Imagesofsilverprintednanopaperafterfolding;(d)Returnlossesofnanopaperbasedantennasbefore(solidline)andafterfolding(dottedline)[29]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Zinc Oxide Nanostructures for NO2 Gas–Sensor Applications:A Review[J]. Rajesh Kumar,O.Al-Dossary,Girish Kumar,Ahmad Umar. Nano-Micro Letters. 2015(02)
[2]功能纳米材料的化学控制合成、组装、结构与性能[J]. 彭卿,李亚栋. 中国科学（B辑:化学）. 2009(10)
本文编号：3622957
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（a）纳米纸上柔性透明晶体管结构示意图；（b）晶体管器件的透射率结果及实物图；（c）PMMA下CNT层SEM图像；（d）弯曲前后I-V曲线
第一章绪论5型NTCDI-F15作为半导体材料，原子层沉积法制备的Al2O3作为电介质。如图1-6及其插图所示，整个器件高度透明，光透过率高达80%。如图1-6c所示，由于功能化的CNTs与NFC纤维之间存在大量的分子间作用力（范德华力和氢键），使得CNT薄膜能够很好地粘附于透明纸表面，从而无需通过介电层对其进行探测。TFTs介质层可以被溶剂型聚合物取代，这可以加快印刷纸基晶体管的速度。且整个装置具有很高的柔性，如图1-6d所示。在弯曲不同方向时，传递曲线变化不大，说明弯曲稳定性良好。（2）有机电致发光二极管有机电致发光二极管（OLED）设备目前在市场上多用于显示器和照明。与液晶显示器(LCD)等其他设备相比，OLED设备更雹更轻、更节能，因此更有前景。目前柔性OLED设备广泛制备于雹光滑、光学透明、对氧和水具有良好阻隔性能的塑料基底上。透明纸具有纳米级的光滑度，其光学性能可以从光学透明调到光学模糊，使其有利于用作制备柔性OLED器件。高雾度透明纸基OLED照明角度更宽，低雾度纸基OLED室内照明清晰度较高。图1-7（a）透明纳米纸基上柔性OLED示意图；（b）透明纳米纸OLED实物图；（c）弯曲前后I-V曲线Figure.1-7(a)SchematicofflexibleOLEDontransparentnanopapersubstrate.Fromtoptobottom,thedeviceconsistsofacathodealuminumlayer,a20nmcalciumelectroninjectionlayer,alightemittinglayerofgreenpolyfluorene,a10nmmolybdenumoxide(MoO3)and30nmPEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate))holeinjectionlayer,andalayerofCNTcoatedonnanopaper.(b)ImageofafunctioningnanopaperOLED.(c)I–Vcurvebeforeandafterbending[24]
第一章绪论7光散射是纸基的一种固有特性，它可以消除薄膜太阳能电池中附加的光管理机制。早先已有报道有机太阳能电池制备于层压或表面处理的普通纸张上[21,25–27]。近来有文献报道在透明纸基上制备了有机太阳能电池，如图1-8所示。Hu等人证明，制备的有机太阳能电池能量转换效率为0.21%。从电流电压输出来看，串联电阻高，可能的原因是由于界面电阻大，透明电极层电阻高。并联电阻有限，这可能是由于设备内部短路造成的。（4）印刷折叠天线天线是卫星、计算机或其他基于RFID设备传输和接收信号的重要部分，可折叠天线非常适用于小型设备。由于纸张具有可折叠性、可打印性、重量轻、成本低等优点，已被多组研究人员证明可以作为天线的基底[28,29]。常规纸基天线的缺点是由于表面粗糙造成的高回波损耗。纸张表面涂层可以帮助解决粗糙度问题，但由于涂层层容易开裂，可折叠性降低[30]。图1-9（a）印刷于透明纸的银线图像；（b）印刷于透明纸的银线SEM图像；（c）折叠后的纳米纸银线图像；（d）纳米透明纸基天线折叠前后的回波损耗结果Figure.1-9(a)Silverlineprintedonnanopaper;(b)SEMimageofsliverprintedline;(c)Imagesofsilverprintednanopaperafterfolding;(d)Returnlossesofnanopaperbasedantennasbefore(solidline)andafterfolding(dottedline)[29]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Zinc Oxide Nanostructures for NO2 Gas–Sensor Applications:A Review[J]. Rajesh Kumar,O.Al-Dossary,Girish Kumar,Ahmad Umar. Nano-Micro Letters. 2015(02)
[2]功能纳米材料的化学控制合成、组装、结构与性能[J]. 彭卿,李亚栋. 中国科学（B辑:化学）. 2009(10)
本文编号：3622957
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