基于石墨烯的甲烷氣體傳感機(jī)理的分析模擬研究.pdf

1、目前，傳感器已廣泛應(yīng)用于生物傳感器、氣體傳感器、化學(xué)傳感器、濕度傳感器、光學(xué)傳感器、壓力傳感器等多種類型，但由于氣體傳感器的電導(dǎo)率、穩(wěn)定性、吸附容量等方面存在許多缺陷,所以我們需要對(duì)其進(jìn)行研究。由于石墨烯具有良好的力學(xué)性能、電學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，因此在世界各地都受到了廣泛關(guān)注，石墨烯也具有很好的比表面積，具有良好的吸附性能。石墨烯是一種沒(méi)有磁性，零帶隙n型半導(dǎo)體，石墨烯吸附或摻雜其他材料將會(huì)打開(kāi)能帶帶隙。因此，石墨烯在納米電子器件具有廣闊的前

2、景，如氣體傳感器。
　　我們將通過(guò)第一性原理計(jì)算比較了本征石墨烯與氣體分子吸附石墨烯的電子結(jié)構(gòu)和磁性。我們發(fā)現(xiàn)不同類型的石墨烯有不同的能帶結(jié)構(gòu)，大部分的分子吸附在石墨烯的分子可以被當(dāng)成弱電作為供體或受體，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣體分子吸附在不同結(jié)構(gòu)的石墨烯上其能帶間隙和吸附能是不同的。最終，本文選擇Materials Studio軟件來(lái)對(duì)本文石墨烯結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬仿真。
　　基于氣體傳感器的材料不同，本文選用了多層石墨烯結(jié)構(gòu)、缺陷石墨烯結(jié)構(gòu)

3、和摻雜石墨烯結(jié)構(gòu)，計(jì)算了各自的能帶結(jié)構(gòu)，態(tài)密度及電荷轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。首先，我們發(fā)現(xiàn)隨著層數(shù)的增加，其石墨烯吸附后性能會(huì)發(fā)生變化，能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)度度以及電荷密度分布顯示，CH4吸附前后不同層數(shù)石墨烯的電子結(jié)構(gòu)變化不大。其次在缺陷石墨烯中，單空位石墨烯對(duì)甲烷氣體分子的吸附體系最好，其吸附能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，最后，我們分別對(duì)多層石墨烯結(jié)構(gòu)和單空位缺陷石墨烯結(jié)構(gòu)進(jìn)行元素?fù)诫s，相互對(duì)比下發(fā)現(xiàn)鋁元素?fù)诫s的吸附能最大，并且CH4氣體分子的吸附對(duì)其電子結(jié)構(gòu)變化較大，