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基于氧化石墨烯具有丰富含氧官能团和极大的比表面积,及其在气敏材料领域极具潜力的应用,制备获得氧化石墨和氧化石墨烯,并制备基于氧化石墨(烯)的气敏元件,对其气敏性能进行研究。
通过改进的Hummers法制备获得不同氧化程度的氧化石墨,并采用静电斥力超声分散法成功制备可达单层稳定分散的氧化石墨烯水相分散液。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、紫外可见光谱(UV-vis)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)等测试手段对不同氧化程度的氧化石墨(烯)进行表征;分析并确定了样品的结构层间距、无序度、表面官能团构造、共轭兀键、表面形貌、热稳定性等。运用液相沉积法制备获得氧化石墨(烯)气敏元件,对元件的表面形貌分析表明氧化石墨(烯)薄膜表面平整、致密,与基底和电极接触良好。
对样品的阻温、湿敏、乙醇气敏、氨气气敏性能进行系统研究,结果表明:氧化石墨和氧化石墨烯对温度具有较高的响应灵敏度,在25℃~80℃的升温过程中,电阻显著降低,响应灵敏度分别达50%和60%左右,并且在温度下降后,电阻能回复到升温前水平,阻温特性具有较好的可重复性;氧化石墨(烯)对湿度具有极佳的敏感性能,灵敏度达99%,响应时间约3s,较低氧化程度的氧化石墨(烯)具有较好的响应恢复性能,较高氧化程度的氧化石墨(烯)具有较佳的电阻对数-湿度线性响应性能;氧化石墨和氧化石墨烯对乙醇气体具有较好的敏感性能,检测限低,分别可达100ppm和50ppm,乙醇气体浓度为1000ppm时,元件响应灵敏度分别达30%和40%左右,响应时间分别为30s和25s,恢复时间约3s;氧化石墨和氧化石墨烯对氨气具有较好的敏感性能,氨气气体浓度为5000ppm时,元件灵敏度分别达25%和35%左右,响应时间分别为30s和25s,恢复时间约3s,检测限较低,分别可达1000ppm和500ppm。通过对气敏元件气敏性能的测试及前人的研究成果,探索了氧化石墨(烯)的气敏机理及建立了理论模型。这对氧化石墨(烯)气敏材料的实际应用及气敏机理研究具有一定的指导意义,为研发高性能的气体传感器提供了一定的借鉴。