石墨烯材料氣敏性能及場效應晶體管結構設計研究.pdf

1、本文采用改進Hummers法制備氧化石墨，經超聲剝離得到氧化石墨烯（GO）；采用旋涂法并通過控制GO水相分散液濃度制備不同厚度GO薄膜；采用熱還原法制備不同還原程度的還原氧化石墨烯（rGO）薄膜；采用一步水熱復合法制備得到石墨烯-聚苯胺（rGO-PANI）復合材料。利用XRD、FT-IR、Raman、AFM、SEM、TG-DTA和氣敏測試系統(tǒng)等對GO、rGO和rGO-PANI的結構、形貌及氣敏性能進行表征分析，重點探究GO薄膜厚度、熱還

2、原程度及石墨烯與聚苯胺復合質量比對氣敏性能的影響，并進一步揭示石墨烯及其復合材料的氣敏響應機理。
　　研究結果表明，GO在成膜過程中工藝條件對元件的氣敏性能有很大影響。采用旋涂法，隨GO水相分散液濃度由1mg/mL增加到5mg/mL，薄膜的厚度依次為18、35、65、102和139nm。隨著薄膜厚度增大，元件的靈敏度增大，電阻變化的線性關系變差，而響應-恢復時間延長。當薄膜厚度為18nm時濕敏元件的響應時間2s，恢復時間8s，靈敏

3、度可達72.59％。
　　隨著還原溫度的升高，GO樣品含氧官能團逐漸熱解消失，所形成的結構向較為有序的類石墨結構轉變；無序程度（ID/IG值）先由0.85增大至1.59后再減小至1.41，總體呈現增加趨勢；當還原溫度≤150℃樣品仍表現GO的性質，當還原溫度≥250℃時則表現出rGO的性質；還原溫度為150、200和350℃時樣品分別表現出p型、雙極型和n型半導體性質。在室溫下，GO及低還原程度的rGO氣敏元件對H2表現出較高的響

4、應和靈敏度，靈敏度88.56%，響應時間30s。
　　rGO-PANI復合材料比單純的rGO、PANI的氣敏性能更加優(yōu)異，在400ppm濃度的NH3環(huán)境下，rGO、PANI和rGO-PANI-1的靈敏度依次為13.92、41.49和50.26%。響應時間依次為422、296和156s，恢復時間依次為485、304和214s；隨著復合材料中PANI質量的增加，靈敏度呈現減小趨勢，在400ppm濃度的NH3環(huán)境下，復合材料中rGO與P