基于石墨烯復(fù)合薄膜的QCM氣體傳感器的研究.pdf

1、石墨烯在眾多方面都擁有優(yōu)秀的性能，諸如機械特性、電子的運輸能力和比表面積等，這些優(yōu)秀的特性使得它適合作為新型氣敏材料在傳感器制備過程中使用。但單一的石墨烯對氣體的選擇性較差，因此本文使用了石英晶體微天平器件（QCM），通過將擁有高比表面積的石墨烯與高選擇性的有機高分子聚合物進行復(fù)合，制備出了基于石墨烯/有機高分子聚合物復(fù)合薄膜的QCM氣體傳感器。
　　本文從氣敏響應(yīng)機理出發(fā)，首先對不同種類石墨烯材料進行了表征分析，通過表征分析探討

2、了不同種類石墨烯可能會對氣敏響應(yīng)造成的影響，同時對用于復(fù)合的有機聚合物材料所應(yīng)該具備的特性進行了討論，最終選擇了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚丙烯酸(PAA)作為敏感材料與氧化石墨烯（GO）進行復(fù)合，通過氣噴成膜的方式制備出PVP/GO和PAA/GO兩種復(fù)合薄膜QCM器件，并分別探究了其氣敏機理、表征與器件的氣敏特性。
　　在石墨烯/有機聚合物復(fù)合薄膜器件研究方面，首先，對PVP/GO復(fù)合薄膜用紅外、紫外、拉曼光譜、SEM與BET等

3、手段進行了表征分析，發(fā)現(xiàn)在PVP中加入 GO材料后有助于增加薄膜的比表面積，提供更多的氣體吸附點以提高氣敏響應(yīng)；其次，本文還通過嘗試改變不同的濃度配比等因素來改變敏感復(fù)合薄膜的制備工藝，并最終得出了具備最佳敏感特性的薄膜制備參數(shù)。實驗結(jié)果表明使用最佳制備工藝參數(shù)制備的基于 PVP/GO復(fù)合薄膜的 QCM氣體傳感器，相比于單純PVP薄膜以及PVP-GO分層薄膜器件的靈敏度高，重復(fù)性好，對氨氣具有良好的選擇性，但其長期穩(wěn)定性由于保存方式等因

4、素的影響，有待于進一步改善。
　　然后制備了基于PAA/GO復(fù)合薄膜的器件，對PAA/GO復(fù)合薄膜進行了紅外、紫外、SEM表征分析，分析了引入GO之后對于薄膜官能團的影響以及形貌等方面的改變。接著，通過復(fù)合薄膜的制備工藝參數(shù)的改變，探索得到了最佳性能薄膜制備工藝。最后，同樣對該器件進行了氣敏測試，通過測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于PAA/GO復(fù)合薄膜的QCM氣體傳感器的靈敏度高，重復(fù)性好，線性度高，對氨氣的選擇性好，同時其長期穩(wěn)定性相比于 P