印制式石墨烯基氮氧化物气体传感器的研究

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:datang0826
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氮氧化物NOx (N2O、NO、NO2、N2O4、N2O5等)被认为是导致空气污染(雾霾、酸沉降、水体富营养化)的罪魁祸首,对生活环境中的NOx进行实时、准确、连续的监测非常重要。目前,市场上多采用半导体金属氧化物气体传感器对NO-x进行监测。此类传感器灵敏度高、操作方便、响应恢复迅速,但是它们存在稳定性和选择性差、工作温度高和寿命短等缺点。因此,幵发新型高效半导体气体传感器成为当前及以后研究者的工作热点。石墨烯是一种具有平面六边形点阵结构的二维材料。由于具有室温高电子迁移率、大比表面积、优异的电性能、低信噪比和好的选择性等特点,石墨烯成为常温探测?^^气体的理想候选材料。但是,考虑到实验制备的局限性,目前基于石墨烯的NOx气体传感器均存在响应慢、恢复性差和灵敏度低等问题。为了克服上述问题,本论文从石墨烯材料和传感器器件制备两个角度对其进行改善。首先,从材料角度,本论文主要研宄:采用预氧化法和无预氧化法制备氧化石墨烯(GO)、采用湿化学法和热退火法制备还原氧化石墨烯(RGO)、通过湿化学法掺杂制备Ag-RGO复合物、通过湿化学法控制GO氧化程度制备高导电性RGO以及采用湿化学法制备Ag-S-RGO复合物。通过表征分析可知:采用无预氧化法制备的GO氧化程度高,亲水性好,在溶液中可稳定存在;采用湿化学法制备的RGO还原度高,导电性较好;Ag镶嵌在RGO片层之间能够对RGO的电性能起到改善作用;控制GO的氧化程度能够改善RGO的晶体质量,极大提高RGO的导电性;对RGO磺化处理能够抑制RGO聚沉,便于Ag NPs均匀分散在RGO表面。其次,从器件角度,本论文采用凹版印刷方式制备柔性Ag-S-RGO气体传感器。该工作具体包括凹版印刷工艺参数的研宄、传感器结构设计、传感器制备及性能表征以及传感器气敏响应机理的研究。通过表征分析可知:RGO基油墨的粘度在60-70mPa s之间,衬底P〖在氧等离子体环境中刻蚀20s的条件下印刷效果最佳;Ag叉指电极能够大幅度降低Ag-S-RGO气体传感器器件的整体电阻,实现低功耗、低信噪比检测;Ag-S-RGO在室温下对50ppm N02的灵敏度为74.6%,响应时间12s,恢复时间20s;该印制式Ag-S-RGO气体传感器对N02具有好的气敏特性的主要因素归因于磺酸基团和Ag纳米颗粒对RGO的功能性修饰。
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