石墨烯基器件的構(gòu)筑及其對氣體的敏感響應(yīng).pdf

1、石墨烯,自從2004年被Geim課題組初次用微機械力剝離法(也稱為膠帶法)制備出來,作為一種由單層碳原子組成的蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的二維超薄(其厚度僅僅只有約0.34 nm)碳材料,以其獨特的性能(例如機械強度為1060 GPa,最高的載流子遷移率15000 cm2/V s以及最好的表面、體積比率等性能)吸引了科學(xué)家們極大的興趣。近年來,石墨烯有著越來越廣泛的應(yīng)用,例如高頻電子裝置、半透明電極、場效應(yīng)管傳感器和化學(xué)/生物傳感器等。然而,以石墨

2、烯為基底,修飾上金屬納米粒子等顆粒的石墨烯有許多純凈的石墨烯所不具備的優(yōu)異性能,而這些獨特的性能也為未來用其制作快速、穩(wěn)定的氣體傳感器提供了廣闊的前景。石墨烯有非常大的比表面積,均勻修飾于其表面的顆粒甚至可以與單個目標分子反應(yīng),因此用特定的納米粒子修飾石墨烯制成的器件有超靈敏的響應(yīng)。目前,對于氫氣、H2S等氣體的傳感技術(shù)的研究越來越多地傾向于在室溫下對其進行檢測。各種類型的傳感器已經(jīng)被廣泛地研究并應(yīng)用于氫氣、H2S等氣體的檢測中,但是它

3、們都很難在室溫下檢測氣體,甚至是在半導(dǎo)體中加入金屬催化劑以后。制備在室溫下可實現(xiàn)對毒害、危險氣體的靈敏、快速檢測,對石墨烯氣體傳感器的發(fā)展具有重要的意義。本論文的研究工作如下:
　　1、本實驗使用的金微電極的具體制備方法是:利用電子束刻蝕法在硅片(其表面上有厚度為1μm的二氧化硅覆蓋層)上來制備交叉相錯的梳狀金微電極(相鄰金線之間的間距為20μm,金線的組成為60 nm的Au和10 nm的Ti的合金)。天然鱗片石墨經(jīng)Modifie

4、d Hummers法氧化處理,制備氧化石墨烯薄膜,所制備的氧化石墨烯經(jīng)洗滌、離心,再重新分散于蒸餾水中,超聲處理得均勻的氧化石墨烯溶液,將其修飾在金微電極的表面,這樣就得到氧化石墨烯修飾的金微電極。利用電化學(xué)還原法,可以將氧化石墨烯還原;再以鈀膠體溶液為底液,通過直接金屬粒子沉積法成功將鈀納米粒子修飾到還原氧化石墨烯金微電極上,得到功能化的金微電極傳感器以研究其在室溫下對氫氣的敏感響應(yīng)。
　　2、將制備的氧化石墨烯超聲分散之后,用

5、移液槍將均質(zhì)分散的氧化石墨烯溶液滴涂在金微電極的表面,這樣就得到氧化石墨烯修飾的金微電極。利用電化學(xué)還原法,可以將氧化石墨烯還原;再以銀膠體溶液為底液,通過直接金屬粒子沉積法成功將銀納米粒子修飾到還原氧化石墨烯金微電極上,得到功能化的金微電極傳感器以研究其在室溫下對硫化氫氣體的敏感響應(yīng)。
　　3、以SnCl4·5H2O為原料,利用水熱水解法,制備得到SnO2膠體。將制備的氧化石墨烯超聲分散之后,用移液槍將均質(zhì)分散的氧化石墨烯溶液滴