石墨烯量子點基復合濕敏膜的制備與特性研究.pdf

1、濕度作為環(huán)境監(jiān)測中的重要物理參數，其實時監(jiān)測在氣象勘探、工業(yè)制造、農業(yè)種植、智能家居等方面都有著重要的意義。開發(fā)并制備高性能濕敏薄膜與濕度傳感器是實現高精度、實時濕度監(jiān)測重要前提。隨著材料科學的發(fā)展，許多新型材料受到了科研人員的廣泛關注。其中，石墨烯量子點作為新型零維材料，在保持了石墨烯眾多優(yōu)良特性的同時，具有量子限域效應和邊界效應，其重要衍生物氧化石墨烯量子點通過在表面修飾大量的親水含氧官能團使其成為一種高性能的濕敏材料。本文以石英晶

2、體微天平（QCM）為傳感器件，制備了聚合物/氧化石墨烯量子點和金屬氧化物/氧化石墨烯量子點復合膜 QCM濕度傳感器，并對復合敏感薄膜進行了分析表征及濕敏性能測試，對并對其濕敏機理進行分析與模型建立。論文主要內容如下：
　　1、采用氣噴工藝 QCM器件電極表面制備了聚乙烯亞胺/氧化石墨烯量子點（PEI/GOQDs）和聚乙烯醇/氧化石墨烯量子點（PVA/GOQDs）復合濕敏薄膜。測試表征并對比分析了PEI與GOQD混合復合、分層復合膜

3、相較單一材料薄膜相比的濕敏特性。測試結果表明，PEI/GOQDs分層濕敏膜的靈敏度為16.59Hz/％RH，濕滯為2.88%RH，最小響應時間2s，最小恢復時間2s，具有良好的濕敏特性。通過透射電鏡、傅立葉變換紅外光譜等表征方法對復合薄膜進行表征，結果表明PEI與GOQDs間存在酰胺反應鍵合作用。結合濕敏測試與表征結果。提出了在低濕、中濕、高濕環(huán)境下的PEI/GOQDs分層薄膜QCM濕度傳感器的濕敏機理，分析了濕滯產生原因。此外，本論文

4、初步探討了不同體積配比PVA/GOQDs復合薄膜QCM濕度傳感器的濕敏特性，結果表明當PVA與GOQDs體積比為1：1時在97.3%相對濕度下具有最優(yōu)響應1683Hz，其靈敏度為17.92 Hz/%RH，濕滯為2.416667%RH。由紅外光譜證明了PVA與GOQDs存在酯化反應，并提出濕敏機理、分析濕滯產生原因。
　　2、采用氣噴工藝在 QCM器件電極表面沉積氧化鋅（ZnO）種子層，采用水熱法制備 ZnO納米棒陣列、ZnO/PE

5、I納米棒陣列、ZnO/PEI/GOQDs納米棒陣列QCM濕度傳感器，對不同結構濕敏薄膜進行表征及濕敏測試，以研究比較其特性。濕敏測試表明，ZnO/PEI/GOQDs納米棒 QCM傳感器在97.3%相對濕度下具有最優(yōu)的響應值1354Hz，靈敏度為14.89 Hz/%RH。薄膜形貌表征表明， ZnO/PEI/GOQDs三元復合的納米棒結構更致密，直徑分布均勻，且納米棒上覆蓋有PEI薄膜。通過紅外光譜可以推測PEI與GOQDs附生長在ZnO納