石墨烯负载ZnO等纳米颗粒的制备及性能研究(2)

菜单

2.1.2 仪器 7

2.2 氧化锌-石墨烯纳米复合材料的制备 8

3 氧化锌-石墨烯纳米复合材料的表征 9

3.1 TEM测试 9

3.2 XRD测试 9

3.3 Raman 测试 9

3.4 红外光谱测试 9

3.5 气敏性能测试 9

3.5.1 测试平台概述 9

3.5.2 气敏元件的制备 10

4 结果与讨论 11

4.1 材料的形貌分析 11

4.1.1 探究最佳实验条件 11

4.1.2 氧化锌-石墨烯纳米复合材料形貌分析 13

4.2 材料的物相分析 14

4.2.1 XRD分析 14

4.2.2 Raman分析 14

4.2.3 红外光谱分析 15

4.3 气敏性能测试 16

4.3.1 一定温度下掺杂比不同对响应恢复曲线图的影响 16

4.3.2 一定温度下掺杂3%石墨烯的ZnO与纯ZnO对乙醇的气敏性 18

4.3.3 元件对不同气体的气敏性能 19

4.4 反应机理讨论 20

结论 23

致谢 24

参考文献 25

1 绪论

众所周知，我们把线度在1～100nm范围内的微型颗粒称为纳米微粒。当作为气敏材料的微粒达到纳米级别，会表现出不同于普通材料的多种优异性能，如大的比表面积、高的表面活性及与气体相互作用强等特点，对周围环境非常敏感，因此可广泛应用于气敏材料中。传统半导体气敏传感器因其灵敏度高、响应恢复时间短、原材料来源广泛、成本低廉、制备简单等优点，长久以来被广泛用于易燃易爆有毒气体及其混合物的检漏报警、有害气体的检测、空气质量的监测等。但到目前为止，传统半导体气敏元件仍然存在工作温度较高、灵敏度不高、选择性较差、稳定性不好等诸多缺点，限制了传统气敏传感器的发展和应用。

由于石墨烯独特的电子结构、巨大的表面积和极小的带隙，有利于气体在活性位置的吸附和扩散，载流子微小的浓度变化都会引起电导发生显著的变化，使得石墨烯与气体分子间的相互作用可表现出许多特有的现象，为其在气敏传感器等微电子技术和器件的研究提供新的思路和方向。石墨烯的出现以及纳米材料的日趋成熟为传统传感器灵敏度的改善提供了新的契机。

本文采用一步溶剂热法合成了一系列氧化锌-石墨烯纳米复合材料，对它们进行了XRD、Raman、TEM、红外等表征，并着重对其气敏性能进行了研究。

1.1 气敏材料及其元件

1.1.1 气敏材料及其元件的概述

随着现代工业的飞速发展，生产过程中排放出来的废气种类和数量日益增多，其中存在不少挥发性、易燃易爆有毒气体及其混合物，一旦泄露，不仅会造成环境污染，还可能引起爆炸、火灾和人畜中毒等恶性事件。对这些气体迅速准确地检测，能够有效地防止上述事件的发生。另外，在我们生活中，空气质量的控制、水果成熟度的检测、海鲜新鲜度的评估、酒驾中酒精浓度的检测等，气敏传感器都有着很大的应用市场和潜力。因此，研究相关材料和元件，用于监控易燃气体泄漏、监测有害气体含量、检测气和食物原料、保持空气质量等，具有十分重要的实用价值。