印制式石墨烯基氮氧化物氣體傳感器的研究.pdf

1、氮氧化物NOx（N2O、NO、NO2、N2O4、N2O5等）被認(rèn)為是導(dǎo)致空氣污染（霧霾、酸沉降、水體富營(yíng)養(yǎng)化）的罪魁禍?zhǔn)?，?duì)生活環(huán)境中的NOx進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)的監(jiān)測(cè)非常重要。目前，市場(chǎng)上多采用半導(dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器對(duì)NOx進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此類傳感器靈敏度高、操作方便、響應(yīng)-恢復(fù)迅速，但是它們存在穩(wěn)定性和選擇性差、工作溫度高和壽命短等缺點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)新型高效半導(dǎo)體氣體傳感器成為當(dāng)前及以后研究者的工作熱點(diǎn)。
　　石墨烯是一種具有平面

2、六邊形點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的二維材料。由于具有室溫高電子遷移率、大比表面積、優(yōu)異的電性能、低信噪比和好的選擇性等特點(diǎn)，石墨烯成為常溫探測(cè)NOx氣體的理想候選材料。但是，考慮到實(shí)驗(yàn)制備的局限性，目前基于石墨烯的NOx氣體傳感器均存在響應(yīng)慢、恢復(fù)性差和靈敏度低等問(wèn)題。為了克服上述問(wèn)題，本論文從石墨烯材料和傳感器器件制備兩個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行改善。
　　首先，從材料角度，本論文主要研究:采用預(yù)氧化法和無(wú)預(yù)氧化法制備氧化石墨烯(GO)、采用濕化學(xué)法和熱退火

3、法制備還原氧化石墨烯(RGO)、通過(guò)濕化學(xué)法摻雜制備Ag-RGO復(fù)合物、通過(guò)濕化學(xué)法控制GO氧化程度制備高導(dǎo)電性RGO以及采用濕化學(xué)法制備Ag-S-RGO復(fù)合物。通過(guò)表征分析可知:采用無(wú)預(yù)氧化法制備的GO氧化程度高，親水性好，在溶液中可穩(wěn)定存在;采用濕化學(xué)法制備的RGO還原度高，導(dǎo)電性較好;Ag鑲嵌在RGO片層之間能夠?qū)GO的電性能起到改善作用;控制GO的氧化程度能夠改善RGO的晶體質(zhì)量，極大提高RGO的導(dǎo)電性;對(duì)RGO磺化處理能夠抑

4、制RGO聚沉，便于AgNPs均勻分散在RGO表面。
　　其次，從器件角度，本論文采用凹版印刷方式制備柔性Ag-S-RGO氣體傳感器。該工作具體包括凹版印刷工藝參數(shù)的研究、傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感器制備及性能表征以及傳感器氣敏響應(yīng)機(jī)理的研究。通過(guò)表征分析可知:RGO基油墨的粘度在60-70mPas之間，襯底PI在氧等離子體環(huán)境中刻蝕20s的條件下印刷效果最佳;Ag叉指電極能夠大幅度降低Ag-S-RGO氣體傳感器器件的整體電阻，實(shí)現(xiàn)低功耗