基于石墨烯的无线气体传感器研究

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1、ｍ＾£＾＾４碩士学位论文＿，＿（靡ｍ＾Ｊ基于石墨烯的无线气体传感器研究作者姓名张兴飞学校导师姓名、职称吴边教授企业导师姓名、职称黄北举副研究员１申请学位类别工程硕士Ｉ学校代码10701学号1502121395分类号TP212密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于石墨烯的无线气体传感器研究作者姓名：张兴飞领域：电子与通信工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：吴边教授企业导师姓名、职称：黄北举副研究员学院：电子工程学院提交日期：2018年5月TheStudyofWi

2、relessGasSensorsBasedonGrapheneAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByZhangXingfeiSupervisor:WuBianTitle:ProfessorSupervisor:HuangBeijuTitle:AssociateResearchFel

3、lowMay2018西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宂成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。Ｐ７

4、广（本人签名：），：日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明ｆ本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，ｇ卩：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文，；学校可以公布论文的全部或部分内容允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研宄成果完成的论。文，署名单位为、发明专利等成果西安电子科技大学保密的学位论文在。＿＿年解密后适用本授权书息夢、本人签名：冰

5、和导师签名：、＾丄、日期：日期：摘要摘要随着物联网时代的到来，无线传感网络的需求不断增长。传感器作为无线传感网络的核心部件，其性能好坏直接影响整个系统的功能，因而在通信、生物医学、环境检测、人工智能等领域应用广泛。在气体传感器应用中，一方面需要开发高灵敏度的敏感材料，另一方面对某些有毒气体需要实现无线传感的功能，以在气体检测中降低2对人体的伤害。石墨烯（Graphene）作为一种碳原子，是以sp杂化的形式组成六边形蜂巢晶格的二维材料，具有电子迁移率高、比表面积大等特点，在气体传感检测中具有很

6、高的灵敏度。当气体吸附在石墨烯表面时，石墨烯的表面电阻率会发生变化，因此可以作为气体传感器的敏感材料。本文中，基于氧化还原石墨烯与纳米银颗粒制备的混合传感材料，并将其与叉指电极和贴片天线相结合，实现了高灵敏度的气体传感和长距离无线传感。论文主要研究内容包括：（1）系统介绍了常用的三种无线传感天线，分别是线圈天线、偶极子天线和微带贴片天线，并分析了每种天线的工作原理，线圈天线主要是基于电磁感应，而偶极子天线和微带贴片天线主要是基于反向散射。从工作原理上看，线圈天线的无线传感距离较近，而另外两种天线形式可以实现

7、相对较远的无线传感。然后对无线传感天线的主要涉及参量进行了详细介绍，主要包括阻抗、辐射效率、增益、方向性和识别距离。（2）制备了氧化还原石墨烯分散液，用喷墨打印机在柔性衬底上打印叉指电极，将氧化还原石墨烯分散液和纳米银导电墨水混合后作为气体敏感材料，通过滴涂成膜的方法覆盖在叉指电极表面，最后在自制的密闭腔室内测试了材料的传感性能。结果显示，基于叉指电极形式的氨气传感器在15ppm、50ppm、100ppm和200ppm浓度氨气下的响应分别为4.25%、6.1%、10.08%和14.7%，有着较高的灵敏度，并

8、且具有较好的柔性性能。（3）首先，设计和仿真了一款基于偶极子天线的无线柔性气体传感器，通过仿真初步验证了其特性，随后用喷墨打印机进行了制备，最后对其进行了测试，测试结果并不理想。其次，设计了一款高性能的微带贴片天线，在该贴片天线终端位置加载了石墨烯混合传感材料rGO/Ag-ink。在有线测试中，该天线在200ppm浓度氨气下，谐振频率频移了10MHz左右。然后通过两个天线进行无线传感测试，通过发射天线反射系数的变