石墨烯材料氣敏性能及場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)設(shè)計研究.pdf

1、本文采用改進Hummers法制備氧化石墨，經(jīng)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(fù)合法制備得到石墨烯-聚苯胺（rGO-PANI）復(fù)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(jié)構(gòu)、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(fù)合質(zhì)量比對氣敏性能的影響，并進一步揭示石墨烯及其復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)機理。
　　研究結(jié)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(guān)系變差，而響應(yīng)-恢復(fù)時間延長。當(dāng)薄膜厚度為18nm時濕敏元件的響應(yīng)時間2s，恢復(fù)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(jié)構(gòu)向較為有序的類石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(xiàn)增加趨勢；當(dāng)還原溫度≤150℃樣品仍表現(xiàn)GO的性質(zhì)，當(dāng)還原溫度≥250℃時則表現(xiàn)出rGO的性質(zhì)；還原溫度為150、200和350℃時樣品分別表現(xiàn)出p型、雙極型和n型半導(dǎo)體性質(zhì)。在室溫下，GO及低還原程度的rGO氣敏元件對H2表現(xiàn)出較高的響

4、應(yīng)和靈敏度，靈敏度88.56%，響應(yīng)時間30s。
　　rGO-PANI復(fù)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(yīng)時間依次為422、296和156s，恢復(fù)時間依次為485、304和214s；隨著復(fù)合材料中PANI質(zhì)量的增加，靈敏度呈現(xiàn)減小趨勢，在400ppm濃度的NH3環(huán)境下，復(fù)合材料中rGO與P