石墨烯半导体氧化物复合材料的制备及其气敏特性的研究

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1、分类号：TP212单位代码：10183研究生学号：2013514035密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）石墨烯/半导体氧化物复合材料的制备及其气敏特性的研究Researchaboutpreparationandgassensingpropertiesofgraphene/semiconductoroxidecompositematerial作者姓名：肖艳类别：工程硕士领域（方向）：集成电路工程指导教师：卢革宇教授培养单位：电子科学与工程学院2016年6月石墨帰／半导体氧化物复合材料的制备及其气敏特巧的研

2、巧Ｒｅｓｅａｒｃｈａｂｏｕｔｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｇａｓｓｅｎｓｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ／ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｏｘｉｄｅｃｏｍｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｐ作者姓名：肖艳领域；（方向）集成电路工程辱指导教师：卢革宇教授类别；工程硕±答辩日期；％《年务月３＾？日未经本论女作者的书面授权、，依法收存和保管本论文书面版本电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有

3、碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明立在指导教师的指导下，独，是本人本人郑重声明：所呈交学位论文进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：Ａ曰期：與／占年＾月《曰中文摘要石墨烯/半导体氧化物复合材料的制备及

4、其气敏特性的研究基于半导体氧化物材料的气体传感器以其优异的气敏特性收获了大量的市场份额。就目前的研究状况而言，基于单一种类半导体氧化物材料的气体传感器的各项气敏性能仍具有很大的提升空间。本论文通过具有良好电学特性的还原氧化石墨烯（rGO）与半导体氧化物（二氧化锡、氧化锌）复合来提高半导体氧化物对NO2气体的敏感特性，制备高性能的NO2气体传感器。具体研究内容和结果如下：首先，我们以氧化石墨烯溶液和硫酸亚锡为主要前驱物，通过简单的水热反应一步合成rGO与二氧化锡(SnO2)的复合材料(SnO2/rGO)。在制备过

5、程中，采用改进后的Hummers方法来制备氧化石墨烯（GO），并在复合过程中完成了氧化石墨烯的还原。SnO2/rGO复合材料中，SnO2呈表面粗糙的、直径约100nm、中心厚度约40nm的扁球状，均匀地生长在rGO的片层两侧。研究结果表明，基于SnO2/rGO的气体传感器对NO2表现出了优良的气敏特性：较高的灵敏度，在75℃下对于1ppmNO2的灵敏度将近700；较低的检测下限，在75℃时可检测50ppbNO2，灵敏度达到2.9；较好的重复性和良好的选择性。其次，我们以二水合乙酸锌、氨水、氧化石墨烯溶液为前驱物

6、，通过短时间的水浴加热和高温煅烧，获得氧化锌和还原氧化石墨烯的复合材料（ZnO/rGO）。该实验的原料和过程都很简单，并且不会产生有毒害的衍生物。ZnO/rGO复合材料中，ZnO呈微米级的花朵，在花朵和花瓣间都能检测到rGO的片层。rGO的引入成功提高了ZnO的气敏特性。研究结果表明，基于ZnO/rGO的气体传感器同样对NO2表现出了良好的气敏特性：较高的灵敏度，在100℃时对于50ppbNO2的灵敏度约为13.4；较低的检测下限，在100℃时对于5ppbNO2的灵敏度可达到6.65；较好的重复性和选择性；受环

7、境湿度影响小。I综上所述，本论文证明了通过石墨烯与半导体氧化物的复合来获取高性能气敏材料的可行性。由于rGO的引入使得石墨烯与半导体氧化物之间形成的异质结可能是半导体氧化物气敏特性得以优化的原因。关键词：气体传感器，二氧化锡，氧化锌，石墨烯，PN结IIAbstractResearchaboutpreparationandgassensingpropertiesofgraphene/semiconductoroxidecompositematerialGassensorsbasedonsemiconductoro

8、xidematerialwithexcellentgas-sensingpropertiestakealotofmarketshare.Intermsofthepresentresearchsituation,thereisroomforimprovementofcomprehensivegassensitivepropertiesofgassensorsbasedonsingleki