社会的快速发展的同时,伴随着化石燃料等能源物质被不断使用,导致了空气中污染性气体的排放量急剧增加,从而严重威胁了人们的健康。因此,有毒有害气体的实时监测变得极其重要。气体传感器作为气体监测的主要工具,已经发展的相当成熟。但是,目前国内外常见气体传感器的核心元件(敏感元件)主要是金属氧化物,这使得气体传感器具有工作温度高、功耗大以及体积大等不利于集成等缺点。新一代明星材料石墨烯(graphene,简称Gr)由碳原子以sp2杂化轨道按照120°碳—碳键排列而成的六角蜂窝状二维材料。石墨烯结构的特殊性导致其具有诸如比表面积大、电子噪声低以及电导率高等方面的特点;其中,超大的比表面积提供了大量的气体吸附位点;极低的电子噪声提高了气体传感器的检测极限;优异的导电性提供了良好的导电通道,有利于降低整个器件的功耗。因此,石墨烯在气体传感器领域应用的研究激发了越来越多科研人员的兴趣。本文围绕石墨烯的制备及其气敏特性,对不同方法制备的石墨烯在其质量改进、气体响应灵敏度、响应时间以及恢复时间等方面进行了比较深入的研究。本文的研究内容以及相应的成果主要包括:(1)在锗(110)衬底上通过化学气相沉积(CVD)直接生长石墨烯,并对其质量进行表征。表征结果显示,我们成功地制备了高质量的单晶单层石墨烯。然后,我们直接将锗基石墨烯制作成气体传感器,并测试其对于NO2的敏感响应。研究表明,锗基石墨烯对二氧化氮具有完美的气敏响应波形,但是气体响应灵敏度相对较低。(2)我们将三维的锗量子点(germanium quantum dots,简称GeQDs)引入锗基石墨烯中形成石墨烯/锗量子点体系(GeQDs/Gr)以提高锗基石墨烯的N02气体响应灵敏度。我们进一步研究了锗量子点的密度与NO2气体响应灵敏度之间的定量关系。研究表明:(a)引入锗量子点会显著提高锗基石墨烯气体传感器对于NO2的气体响应灵敏度。(b)锗量子点存在一个最适密度,使得气体传感器的响应灵敏度达到最大值——生长时间为600 s锗量子点的密度(600 s GeQDs)对应的气体传感器响应灵敏度最大,可以达到388%,是Gr气体传感器的～20倍。(c)600 s GeQDs/Gr气体传感器具有极高的稳定性。(d)相比于Gr气体传感器,600 s GeQDs/Gr气体传感器的响应时间缩短了～2倍,恢复时间缩短了～1倍。(e)测试了 600 s GeQDs/Gr气体传感器对于N02、NH3、H2S以及SO2的敏感响应,结果表明,该气体传感器具有较好的N02选择性。(3)锗基石墨烯转移到300nmSiO2/Si衬底上,并对转移后的石墨烯进行表征。拉曼结果显示,石墨烯具有几乎完美的2D(～2700cm-1)峰信号。但是,在～1350 cm-1位置出现了强度较小的D峰,这说明转移过程中引入了额外的石墨烯缺陷。然后将转移后的石墨烯制成气体传感器并测试其对NO2的敏感响应。研究结果表明,传感器的响应灵敏度大,但响应以及恢复时间较长。(4)我们提出一种在SiO2/Si上直接生长图案化石墨烯的新方案。Raman以及AFM表征结果显示,通过CVD法直接制备的SiO2/Si上的图案化石墨烯质量良好。同时,进行多次重复图形化石墨烯制备实验,发现该方案重复率非常高。我们进一步将得到的图形化石墨烯通过沉积金属电极制作成气体传感器并测试其对NO2的敏感性。研究结果表明,通过该方法制备的气体传感器对NO2具有很好的敏感性;同时,和转移石墨烯气体传感器相比,极大地缩短了气体传感器的响应时间与恢复时间。通过该研究,我们不但提出了一种有效的Si02/Si上制备图案化石墨烯的方案,而且还通过极其简单的工艺成功制作了性能较好的气体传感器。为后续的进一步研究奠定了良好的基石。