基于石墨烯的氣體傳感器陣列的制備及特性研究.pdf

1、石墨烯材料自從2004年被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)以來，因其獨(dú)特的電學(xué)、力學(xué)和物理化學(xué)性能，大的比表面積以及高的電子遷移率而被大量學(xué)者關(guān)注，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。研究表明：石墨烯與聚合物或者金屬氧化物摻雜能夠有效的提升材料對氣體的響應(yīng)度。此外，單一氣體傳感器在多組混合氣體檢測中存在交叉敏感特性的現(xiàn)象，致使傳感器無法適用于多種未知?dú)怏w組成的環(huán)境中。將具有不同選擇性的多個(gè)氣敏單元構(gòu)成傳感器陣列，結(jié)合模式識別技術(shù)對其輸出響應(yīng)進(jìn)行分析研究，便能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器選擇

2、性的改善以及測量精度的提高。本文選擇對基于石墨烯的氣體傳感器陣列的制備工藝及氣敏特性進(jìn)行了研究。針對氣體傳感器單元，對其氣敏響應(yīng)、重復(fù)性以及選擇性進(jìn)行了相關(guān)測試與分析，并結(jié)合薄膜的表面以及截面形貌對其氣敏響應(yīng)機(jī)理作了初步探討。進(jìn)而探尋RGO（還原的氧化石墨烯，Reduced Graphene Oxide）材料在傳感器領(lǐng)域中氣體傳感器陣列方面潛在應(yīng)用的可能性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴制備了傳感器陣列，并對制備工藝進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。⑵

3、采用掩膜法將SnO2/RGO、ZnO/RGO、PVP/RGO、PPY/RGO四種敏感材料分別氣噴在傳感器陣列上，并測試傳感器陣列對NO2響應(yīng)恢復(fù)特性。研究表明，SnO2/RGO復(fù)合材料對NO2的靈敏度最大。為進(jìn)一步研究該復(fù)合材料的氣敏性能，制備了四種SnO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的SnO2/RGO復(fù)合材料，分別測試該復(fù)合材料對NO2響應(yīng)恢復(fù)特性重復(fù)性、穩(wěn)定性及對多種氣體的選擇性。結(jié)果表明，摻雜適量SnO2會提高復(fù)合材料對NO2的靈敏度，并且復(fù)合材

4、料對NO2的選擇性最好，重復(fù)性也較好，但是長期穩(wěn)定性還有待提升。⑶采用掩膜法將SnO2/RGO、ZnO-(SnO2/RGO)、PVP/RGO、PPY/RGO四種敏感材料分別氣噴在傳感器陣列上，并測試NH3響應(yīng)恢復(fù)特性。研究表明，ZnO-(SnO2/RGO)分層氣敏薄膜對NH3的靈敏度最大。為進(jìn)一步研究該分層膜的氣敏性能，制備了四種RGO質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的分層膜，分別測試其對NH3響應(yīng)恢復(fù)特性、重復(fù)性、長期穩(wěn)定性及對多種氣體的選擇性。研究表明