石墨烯量子點(diǎn)基復(fù)合濕敏膜的制備與特性研究.pdf

1、濕度作為環(huán)境監(jiān)測(cè)中的重要物理參數(shù)，其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在氣象勘探、工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)種植、智能家居等方面都有著重要的意義。開發(fā)并制備高性能濕敏薄膜與濕度傳感器是實(shí)現(xiàn)高精度、實(shí)時(shí)濕度監(jiān)測(cè)重要前提。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，許多新型材料受到了科研人員的廣泛關(guān)注。其中，石墨烯量子點(diǎn)作為新型零維材料，在保持了石墨烯眾多優(yōu)良特性的同時(shí)，具有量子限域效應(yīng)和邊界效應(yīng)，其重要衍生物氧化石墨烯量子點(diǎn)通過在表面修飾大量的親水含氧官能團(tuán)使其成為一種高性能的濕敏材料。本文以石英晶

2、體微天平（QCM）為傳感器件，制備了聚合物/氧化石墨烯量子點(diǎn)和金屬氧化物/氧化石墨烯量子點(diǎn)復(fù)合膜 QCM濕度傳感器，并對(duì)復(fù)合敏感薄膜進(jìn)行了分析表征及濕敏性能測(cè)試，對(duì)并對(duì)其濕敏機(jī)理進(jìn)行分析與模型建立。論文主要內(nèi)容如下：
　　1、采用氣噴工藝 QCM器件電極表面制備了聚乙烯亞胺/氧化石墨烯量子點(diǎn)（PEI/GOQDs）和聚乙烯醇/氧化石墨烯量子點(diǎn)（PVA/GOQDs）復(fù)合濕敏薄膜。測(cè)試表征并對(duì)比分析了PEI與GOQD混合復(fù)合、分層復(fù)合膜

3、相較單一材料薄膜相比的濕敏特性。測(cè)試結(jié)果表明，PEI/GOQDs分層濕敏膜的靈敏度為16.59Hz/％RH，濕滯為2.88%RH，最小響應(yīng)時(shí)間2s，最小恢復(fù)時(shí)間2s，具有良好的濕敏特性。通過透射電鏡、傅立葉變換紅外光譜等表征方法對(duì)復(fù)合薄膜進(jìn)行表征，結(jié)果表明PEI與GOQDs間存在酰胺反應(yīng)鍵合作用。結(jié)合濕敏測(cè)試與表征結(jié)果。提出了在低濕、中濕、高濕環(huán)境下的PEI/GOQDs分層薄膜QCM濕度傳感器的濕敏機(jī)理，分析了濕滯產(chǎn)生原因。此外，本論文

4、初步探討了不同體積配比PVA/GOQDs復(fù)合薄膜QCM濕度傳感器的濕敏特性，結(jié)果表明當(dāng)PVA與GOQDs體積比為1：1時(shí)在97.3%相對(duì)濕度下具有最優(yōu)響應(yīng)1683Hz，其靈敏度為17.92 Hz/%RH，濕滯為2.416667%RH。由紅外光譜證明了PVA與GOQDs存在酯化反應(yīng)，并提出濕敏機(jī)理、分析濕滯產(chǎn)生原因。
　　2、采用氣噴工藝在 QCM器件電極表面沉積氧化鋅（ZnO）種子層，采用水熱法制備 ZnO納米棒陣列、ZnO/PE

5、I納米棒陣列、ZnO/PEI/GOQDs納米棒陣列QCM濕度傳感器，對(duì)不同結(jié)構(gòu)濕敏薄膜進(jìn)行表征及濕敏測(cè)試，以研究比較其特性。濕敏測(cè)試表明，ZnO/PEI/GOQDs納米棒 QCM傳感器在97.3%相對(duì)濕度下具有最優(yōu)的響應(yīng)值1354Hz，靈敏度為14.89 Hz/%RH。薄膜形貌表征表明， ZnO/PEI/GOQDs三元復(fù)合的納米棒結(jié)構(gòu)更致密，直徑分布均勻，且納米棒上覆蓋有PEI薄膜。通過紅外光譜可以推測(cè)PEI與GOQDs附生長(zhǎng)在ZnO納