石墨烯—金属氧化物气敏材料的制备与特性研究

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1、ｗ．毛击外成＊葦才ＵＮＩＶＥＲＳＴＹＯＦＥＬ亡ＣＴＲＯＮＩＣｓｃＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡＩ硕±学位论义‘ＩＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳｉ＾、‘齡：—巧Ｘｉ论文题目石墨－；Ｉｔ金属氧化物气敏材料的制备与特性妍究学科专业光学工程‘学号２０１３２１０５０４２０ｋ；师齡郑伟健＾＾指导教师太惠玲副搬，ＵＨＢｒＩ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工的地作及取得

2、的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢方外，也不包含，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献巧己在论文中作了明确的说明并表示谢意。．日期。日：年作者签名：缉年／連＾＾６＾月／／论文使用授权了解电子科技大学有关保留、使用学位论文．本学位论文作者完全的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文蟲，允许论文彼查阅和借

3、阅＾的全部或部分内容编入有关数据库进竹检索，可Ｗ米用液印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。此规）密定（后应遵守保密的学位论文在解：法导师签名句心者签名：作。：々么年日日期八巧／分类号密级注1UDC学位论文石墨烯-金属氧化物气敏材料的制备与特性研究郑伟健指导教师太惠玲教授电子科技大学成都申请学位级别硕士学科专业光学工程提交论文日期2016.5.10论文答辩日期2016.5.24学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。P

4、REPARATIONANDCHARACTERISTICSRESEARCHOFGRAPHENE-METALOXIDEGASSENSINGMATERIALSAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeringAuthor:WeijianZhengAdvisor:HuilingTaiSchool:SchoolofOptoelectronicInformation摘要摘要作为一种新

5、型气敏材料，石墨烯用于气体分子检测时具有良好的电学特性、较高的灵敏度和较低的检测极限等优点，将石墨烯与其他功能性气敏材料复合可进一步提高石墨烯基气体传感器的敏感性能。本文以微叉指电极为传感器件，将还原氧化石墨烯与金属氧化物纳米材料复合形成电阻型复合膜氨气传感器；对所制备的复合膜进行了表征与分析，系统测试了氨气传感器的敏感特性，并建立了气敏机理模型。论文主要包括以下两方面工作：1.将气喷工艺与热还原工艺相结合，制备了氧化锌/还原氧化石墨烯（ZnO/rGO）分层薄膜，研究了其室温氨敏特性，并优化了氧化石墨烯的喷涂量。

6、紫外—可见光吸收光谱和X射线光电子能谱（XPS）分析表明氧化石墨烯（GO）被部分还原为还原氧化石墨烯；气敏特性结果表明ZnO/rGO分层薄膜相较单一rGO薄膜具有更高的灵敏度和更快的响应—恢复时间；当GO喷涂量为1.5ml时，ZnO/rGO分层薄膜传感器具有最优的敏感特性，该传感器同时具有良好的可逆性、重复性和选择性。建立了ZnO/rGO分层薄膜传感器P-N异质结气敏机理模型，分析认为ZnO纳米颗粒的支撑作用和ZnO/rGO界面间的P-N异质结有利于气敏特性的提高。2.以四异丙醇钛和氧化石墨烯为原料，通过水热法制

7、备了二氧化钛—还原氧化石墨烯（TiO2-rGO）复合气敏材料；采用喷涂工艺在叉指电极上制备了复合敏感薄膜，并对其进行了初步表征与气敏特性分析。紫外—可见光吸收光谱和红外光谱分析表明TiO2与rGO间具有显著的界面相互作用；形貌表征表明所生成的TiO2呈纳米颗粒状。气敏特性测试结果表明：与单一rGO膜相比，复合薄膜灵敏度更好，且恢复性和重复性更好。该传感器对10-50ppm氨气同时具有良好的线性特性及选择性。初步建立了TiO2-rGO复合薄膜的氨敏响应机理模型，分析认为TiO2在气敏响应过程中具有一定的催化作用，有

8、效降低了氨分子与石墨烯之间的能量势垒，从而提高了单一石墨烯材料的气敏性能。关键词：NH3，石墨烯，金属氧化物，热还原，传感器；IABSTRACTABSTRACTAsanovelgas-sensingmaterial,graphenehastheadvantagessuchasgoodelectricalcharacteristics,highsensitivityandl