基于石墨烯的QCM濕度傳感器的制備與特性研究.pdf

1、濕度是一個表示大氣干燥程度的物理量，與人類生活和國民生產(chǎn)息息相關(guān)；環(huán)境濕度對人類的健康影響很大，同時對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、航天、國防等領(lǐng)域也有重要影響。隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，各行各業(yè)對高性能濕度傳感器的需求也日益增加。因此，開發(fā)靈敏度高、響應(yīng)迅速、濕滯小、成本低的濕度傳感器具有非常重要的意義。本文以石英晶體微天平（QCM）為傳感器件，制備了聚乙烯亞胺/氧化石墨烯（PEI/GO）自組裝薄膜和氧化石墨烯/氧化鋅（GO/ZnO）分層薄膜

2、濕度傳感器，對敏感薄膜進(jìn)行了分析表征，并系統(tǒng)研究了室溫條件下傳感器在11.3-97.3％RH濕度范圍的濕敏特性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用靜電層層自組裝工藝在QCM器件上沉積了PEI/GO濕敏薄膜，室溫條件下研究了自組裝薄膜結(jié)構(gòu)、層數(shù)對QCM濕度傳感器濕敏性能的影響。結(jié)果表明PEI膜層在最上層時具有良好的濕敏特性，傳感器響應(yīng)值隨自組裝層數(shù)的增加而增加，最大頻率變化為1802Hz，而濕滯則隨著自組裝層數(shù)的增加先減小后增大，最小

3、濕滯為4.2%RH。此外，還初步探索了PEI/單層氧化石墨烯（SGO）自組裝薄膜的濕敏特性，9層PEI/SGO-QCM濕度傳感器的最大響應(yīng)值為3338Hz，但響應(yīng)/恢復(fù)時間和濕滯相較PEI/GO傳感器沒有明顯改變。結(jié)合掃描電鏡（SEM）、紫外—可見光譜、傅里葉變換紅外光譜等對濕敏機(jī)理進(jìn)行了分析，其中紅外光譜證明了PEI和 GO之間存在酰胺化反應(yīng)，自組裝薄膜中含有較多的親水基團(tuán)，水分子主要通過物理吸附作用吸附在薄膜上。⑵采用氣噴工藝在QC

4、M器件上沉積了GO/ZnO分層薄膜，測試了該傳感器的濕敏特性，并研究了分層薄膜結(jié)構(gòu)對QCM濕度傳感器濕敏性能的影響。結(jié)果表明GO/ZnO（ZnO膜層在下）薄膜傳感器的濕敏性能優(yōu)于ZnO/GO（ZnO膜層在上），其靈敏度達(dá)到41.1 Hz/%RH，響應(yīng)/恢復(fù)時間最小達(dá)到2s/3s，并具有較好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。分析認(rèn)為GO/ZnO膜層中ZnO納米顆粒對GO層起到了支撐作用，且分層膜中ZnO顆粒尺寸相較單一ZnO小，使得GO/ZnO分層薄膜的