graphene气敏性能_张焕林
石墨烯气敏性能的研究进展
张焕林１，李芳芳２，刘柯钊１
（１ 表面物理与化学重点实验室，绵阳６２１９０７；２ 中国工程物理研究院，绵阳６２１９００
）摘要 石墨烯因具有高的电子迁移率和超大的比表面积而有望成为新一代的气敏材料，近年来有关石墨烯气体传感器的研究工作逐年增加。概述了石墨烯的结构和特性；介绍了典型石墨烯气体传感器的工作原理；综述了本征和功能化石墨烯的多种气体气敏特性在理论和实验上的研究现状。
关键词 石墨烯 本征石墨烯 改性石墨烯 气敏特性
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｇａｓ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ
ｏｆ ＧｒａｐｈｅｎｅＺＨＡＮＧ Ｈｕａｎｌｉｎ１，ＬＩ Ｆａｎｇｆａｎｇ２，
ＬＩＵ Ｋｅｚｈａｏ１
（１ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ
６２１９０７；２ Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ
６２１９００）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｏｗｉｎｇ ｔｏ ｉｔｓ ｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌｌｙ ｈｉｇｈ ｃａｒｒｉｅｒ ｍｏｂｉｌｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｌａｒｇｅ ｓｕｒｆａｃｅ－ｔｏ－ｖｏｌｕｍｅ ｒａｔｉｏ，ｇｒａ－ｐｈｅｎｅ ｉｓ ｔｈｏｕｇｈｔ ｔｏ ｂｅ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ｇａｓ ｓｅｎｓｉｎｇ．Ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｒｅｐｏｒｔｅｄ ａｒｔｉｃｌｅｓａｂｏｕｔ ｇａｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐｒｉｎｃｉ－ｐｌｅ ｏｆ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｉｓ ａｌｓｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｗｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔａｔｕｓ ｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ
ｏｆ ｐｒｉｓｔｉｎｅ ａｎｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｔｏ ｖａｒｉｏｕｓ ｇａｓｅｓ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｐｒｉｓｔｉｎｅ ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｇａｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ 张焕林：女，硕士研究生，从事碳材料的功能化研究 Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇ
ｈｌ０６＠１２６．ｃｏｍ０ 引言
石墨烯是除了石墨、金刚石、富勒烯和碳纳米管之外碳元素的又一种同素异形体。它是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构，
是构成其他维数材料的基本结构单元，它可以包裹成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管或者堆
垛成三维的石墨［１］
。２００４年英国曼彻斯特大学的物理学教授Ｇｅｉｍ的研究组［２］
用高度定向的热解石墨（ＨＯＰＧ）
首次获得了独立存在的高质量的石墨烯，
并对其电学性能进行了系统表征。研究发现石墨烯存在双极性电场效应，具有极大的载流子浓度、超高的载流子迁移率和亚微米尺度的弹性输运等特性。这些优异的性能引起了物理学、
材料学、化学等科研领域的广泛关注，掀起了继富勒烯和碳纳米管后的又一次碳材料研究热潮。石墨烯的发现者Ｇｅｉｍ教授和Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ
博士也因此被授予２０１０年度诺贝尔物理学奖。
２００７年Ｓｃｈｅｄｉｎ等［３］
首先发现，
用石墨烯制备的传感器可以检测到单个分子在石墨烯表面的吸附和解吸附行为，这
引起了科学界的极大关注。研究者们随后研究了微机械剥离、化学剥离和化学气相沉积等方法制备的石墨烯的气敏特性，发现本征石墨烯只对ＮＯ２、ＮＨ３等少数气体有较高的灵敏度。于是理论研究者纷纷开始了本征、掺杂和缺陷石墨烯与气体吸附作用机制的研究，发现具有一定缺陷或掺杂的石墨烯对特定的气体有较强的吸附。在理论研究的指导下，最近研究者对石墨烯进行了有目的地掺杂和功能化研究以提
高石墨烯对特定气体的选择性和灵敏度。本文着重介绍本征石墨烯的气敏特性、对气体分子的吸附作用，以及功能化石墨烯对氢气的响应特性。
１ 石墨烯的结构和特性
石墨烯是由ｓｐ２
杂化的碳原子紧密排列构成的二维六角
结构的单层石墨，每个碳原子通过σ键与相邻的３个碳原子连接，这些强Ｃ－Ｃ键的网状结构使石墨烯片层具有优异的结构刚性。每个碳原子都有１个未成键的电子，
这些电子在与原子平面垂直的方向上形成的离域π轨道上自由运动，赋予
石墨烯良好的导电性［４］。石墨烯ｓｐ２
杂化的碳碳键的长度为０．１４２ｎｍ［５］，单原子层的理论厚度为０．３４ｎｍ［６］
。图１为石墨
烯的能带结构和布里渊区图［７］
，价带和导带在费米能级的６
个顶点上相交，由此表明石墨烯是一种零带隙的物质，具有
金属性。石墨烯中电子的典型传导速率为８×１０５
ｍ·ｓ
－１，接近光在真空中传播速度的１／４００
，比一般半导体的电子传导速率大得多［８］
。除此之外，当石墨烯被裁剪为宽度小于
１０ｎｍ的纳米条带时会产生一定的带隙，
这种半导体石墨烯在晶体管中有较大的潜在应用价值［
９］
。目前已证实的石墨烯的优异的物理性质包括：室温下高
的电子迁移率（１５０００ｃｍ２·Ｖ－１·ｓ－１）［２，１０］
；优异的热导率（约５０００Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１）［１１］
，是Ｃｕ热导率的１０倍多；超高的力学性能，破坏强度为４２Ｎ／ｍ，杨氏模量为１．０ＴＰａ［１
２］
；超大的比表面积，理论值为２６３０ｍ
２·ｇ－１［１３］；几乎完全透明，光透·
９３·石墨烯气敏性能的研究进展／张焕林等
过率可达９７．４％［１４］
。另外石墨烯还具有室温量子霍尔效应［１５］、半整数量子霍尔效应［１６］
、双极性电场效应、铁磁性和
超导电性等奇特的性质。这些优异的性质使得石墨烯在晶
体管、
传感器［３］、太阳能电池、透明导电电极［１４］
、复合材料［１７，１８］、超级电容器［１３］
和锂离子电池等领域都有着广阔的应
用前景
。
图１ 石墨烯的能带结构和布里渊区
［７］
Ｆｉｇ．１ Ｂａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｚｏｎｅ ｏｆ ｇｒａｐ
ｈｅｎｅ［７］
２ 石墨烯的气敏特性
２．１ 石墨烯气体传感器的工作原理
气体分子吸附在石墨烯上会引起石墨烯的电导率发生变化，这是因为吸附的气体分子会作为施主或者受主提供或
者接受电子［１９］
。此外，石墨烯的一些独特性质可以使石墨烯
传感器的检测灵敏度达到单个原子或分子的水平。首先，石墨烯是一种严格的二维材料，所有碳原子都暴露在表面吸附
物中，
增强了与吸附物的相互作用［３］
；其次，石墨烯的约翰逊噪声（在平衡状态下，由载流子的热振动引起的噪音）非常小，
载流子浓度小的改变就会引起电导率的显著变化，使得石墨烯基传感器的灵敏度非常高［３］；第三，石墨烯内部的晶体缺陷较少，
热控开关产生的噪音很小［１５］
；第四，石墨烯单晶器件的电阻率变化可以采用四探针法测量，探针与器件之间
形成良好的欧姆接触［
３，２０］
。灵敏度、响应时间和恢复时间是常用来表征气体传感器气敏特性的３个重要参数。气体传感器的灵敏度一般被定义为：
Ｓ＝
Ｒｐｅａｋ－
Ｒ０Ｒ０
×１００％式中：Ｒｐｅａｋ是传感器在被检测气体中的最高电阻值，Ｒ０是传感器在空气中的电阻值。响应时间（Ｔｒｅｓｐｏｎｓｅ）和恢复时间（Ｔｒｅｃｏｖｅｒｙ）
分别定义为传感器的电阻值变化达到待测气体通入或停止时电阻变化范围的９０％所需的时间［２
１］
。２．２ 本征石墨烯的气敏特性
Ｓｃｈｅｄｉｎ等［３］
在２００７年第一次报道了石墨烯气体传感
器，他们用微机械剥离获得的高质量石墨烯制备气体传感器，其可以检测到单个气体分子在石墨烯表面的吸附或解吸
附行为。石墨烯传感器对体积分数为１×１０－６
的ＮＯ２、
Ｈ２Ｏ、ＮＨ３和ＣＯ气体都有一定的响应灵敏度，
且响应时间基本都在１ｍｉｎ之内，其中对ＮＯ２的响应最快（一通入ＮＯ２，
传感器的电阻率就立即发生变化）；采用真空加热至１５０℃或紫外光照射的方法对传感器进行退火可使传感器恢复至初始状态；将传感器进行反复吸附、真空退火解吸附，没有造成传感器中毒。此外，
通过霍尔效应测试发现吸附在石墨烯上的ＮＯ２、
Ｈ２Ｏ是作为受主接受电子，而ＮＨ３、ＣＯ则是作为施主给出电子。此石墨烯传感器的极限灵敏度已达到现有气体传感器的极限灵敏度，
经过优化的石墨烯基传感器的极限灵敏度还能得到提高，因此石墨烯基传感器的灵敏度还有极大的提升空间。
Ｆｏｗｌｅｒ等［２
０］
用氧化还原法获得的石墨烯制备传感器，研究其对ＮＯ２、
ＮＨ３、２，４－二硝基甲苯（ＤＮＴ）的气敏特性，得出３种气体的探测机理分别为：ＮＯ２是一种ｐ型杂质，
电子从石墨烯向ＮＯ２转移，使得石墨烯中空穴浓度增大，从而造成电阻显著下降；ＮＨ３是一种ｎ型杂质，其给出的电子与石墨烯导带中的空穴发生复合，
从而使石墨烯的电阻增大；ＤＮＴ与ＮＯ２相似。Ｆ
ｏｗｌｅｒ还提出采用四探针法测量气敏特性时，
电极的接触电阻对传感器气敏性能的影响降至最小。传感器对ＤＮＴ的检测极限为２８×１０－９
，远远小于室温下ＤＮＴ的饱和蒸气压（１．７５×１０－２Ｐａ
）［２０］
。最近一些研究发现，在包括光刻（光子或电子束光刻）在内的一些石墨烯器件制备过程中，
石墨烯表面会留下一些残留物，而这些残留物对石墨烯器件传感特性的影响还不清
楚。Ｄａｎ等［２２］
在高温下通（Ｈ２／Ａｒ
）去除传感器表面的残留物，
使传感器表现出本征的化学响应特性。比较清洁前后传感器的电子输运特性和对各种气体的响应特性，发现清洁之后载流子浓度是清洁之前的１／３，而载流子迁移率是清洁之前的４倍。清洁之前传感器对水汽、
壬醛、辛酸和三甲胺这４种化学气体有较强的电气响应，而且响应和恢复时间都很快（几十秒）；清洁之后，传感器对这些气体的响应急剧下降。这说明污染物充当了一层不可控的功能化层，可以将待测物分子紧紧吸附在ｐ型石墨烯晶体管的表面，增强其气敏特性。
最近，中国科学院金属所的成会明研究组研发了一种自
支撑的海绵状石墨烯（ＧＦ）
［２３］，采用这种海绵状石墨烯制备气体传感器可以避免器件制备时的光刻过程。研究发现ＧＦ气体传感器对ＮＨ３和ＮＯ２都有高的响应灵敏度，ＮＨ３的响应时间较ＮＯ２长，室温下两者皆不可以解吸附恢复至初始状态。对石墨烯泡沫进行原位加热，不仅可以使ＧＦ解吸附，而且还可以缩短响应时间。ＧＦ的出现不但极大地简化了石墨烯传感器的制备工艺，而且三维ＧＦ较膜状石墨烯具有更高的强度和柔韧性，
以其制作的传感器可循环反复使用。２．３ 石墨烯与气体分子的吸附作用
目前研究发现本征石墨烯气体传感器只对ＮＯ２、ＮＨ３等少数气体有高的灵敏度，且往往需通过加热解吸附，据此Ｏ．
Ｌｅｅｎａｅｒｔｓ等［２４］
采用基于密度泛函理论（ＤＦＴ）
的第一性原理对Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＮＯ、ＮＯ２、
ＮＨ３等小分子在石墨烯上的吸附进行了系统研究。以Ｈ２Ｏ分子在石墨烯上的吸附为例，他们考虑了Ｈ２Ｏ分子在石墨烯苯环的３种不同的位置上的吸
附，包括石墨烯Ｃ原子上、石墨烯苯环中心和碳碳键中间（图
·０４·材料导报 ２
０１２年１１月第２６卷专辑２０
２
）；每种位置又考虑了Ｈ－Ｏ键与石墨烯表面的取向关系，包括Ｏ原子一端朝上、Ｏ原子一端朝下、Ｈ－Ｏ键平行于石墨烯表面；
计算得出每种吸附方式的吸附能、吸附分子与石墨烯表面之间的距离和转移电荷数。他们认为最大的吸附能对应的是最稳定的存在方式，同时还揭示了小分子和石墨烯之间的相互作用机制是电荷的转移，
并按吸附分子是电子给体还是受体进行归类。该工作成为了研究分子和石墨烯相互作用的典型代表作
。
图２ Ｏ．Ｌｅｅｎａｅｒｔｓ等模拟的水分子在石墨烯上
不同取向的吸附
［２４］
Ｆｉｇ．２ ４×４ｓｕｐｅｒｃｅｌｌ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｗｉｔｈ ａｂｓｏｒｂｅｄ Ｈ２
Ｏｍｏｌｅｃｕｌｅ ｓｉｍａｌａｔｅｄ ｂｙ
Ｏ．Ｌｅｅｎａｅｒｔｓ［２４
］
２００８年，Ｈｕａｎｇ等［２５］
采用第一性原理研究了气体分子ＣＯ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｏ２、Ｎ２、ＣＯ２和ＮＨ３在石墨烯纳米条带（ＧＮＲｓ
）上的吸附作用，获得了气体分子吸附的几何形态、吸附能量、电荷转移和电子能带结构。研究发现椅式边的ＧＮＲｓ的电子输运特性对ＮＨ３的吸附敏感，其他气体分子对ＧＮＲｓ的导电性影响很小。量子输运计算进一步表明在这些分子中只有ＮＨ３可以被ＧＮＲｓ基传感器检测。
在石墨烯的制备过程中可能会引入缺陷或非碳原子杂质，因此研究掺杂和缺陷对石墨烯气敏性能的影响是非常有
必要的。Ｄａｉ等［２
６］
采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Ｂ、Ｎ、Ａｌ和Ｓ掺杂的石墨烯对多种气体分子的吸附作
用。发现Ｂ掺杂的石墨烯对ＮＯ和ＮＯ２有强的吸附，Ｓ掺杂的石墨烯只对ＮＯ２有强的吸附，而Ａｌ掺杂的石墨烯具有高的化学活性，与多种气体都有强的相互作用，不适合作气敏材料。
Ａｏ等［２７］
对石墨烯做了Ａｌ掺杂处理，
他们发现掺杂后的石墨烯对ＣＯ的吸附能大大增强，
它们之间的吸附能是本征石墨烯的几十倍，ＣＯ分子与掺杂石墨烯之间的最近距离缩短为本征石墨烯的１／２，其电子云结构也发生了很大程度重叠，
由典型的半导体变成了零隙带的金属，所有这些都证明Ａｌ掺杂的石墨烯对ＣＯ分子的响应能力的确有了很大程度
的改善。
Ｚｈａｎｇ等［２８］
采用密度泛函理论研究了小分子（
ＣＯ、ＮＯ、ＮＯ２和Ｎ
Ｈ３）在本征（Ｐ－ｇｒａｐｈｅｎｅ）、硼掺杂（Ｂ－ｇｒａｐｈｅｎｅ）、氮掺杂（Ｎ－ｇｒａｐｈｅｎｅ）和缺陷石墨烯（Ｄ－ｇｒａｐ
ｈｅｎｅ）上的吸附。４种分子在Ｐ－ｇｒａｐｈｅｎｅ上具有较低的吸附能和较少的电荷转移，说明未经修饰的石墨烯不是理想的气敏材料；Ｎ－ｇｒａ－ｐｈｅｎｅ与ＮＯ２有较强的相互作用；Ｂ－ｇｒａｐｈｅｎｅ与ＮＯ、ＮＯ２和
ＮＨ３之间的作用较本征石墨烯有明显的增强；Ｄ－ｇｒａｐｈｅｎｅ与ＣＯ、ＮＯ和ＮＯ２之间有较强的相互作用；拟合的电流－电压（Ｉ－Ｖ）曲线表明Ｂ－ｇｒａｐｈｅｎｅ对ＮＯ２的响应比本征石墨烯高２
个数量级。
Ｚｏｕ等［２９］
通过Ｓｉ原子替代Ｃ原子对石墨烯进行掺杂，
采用密度泛函理论研究了ＣＯ、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２和Ｏ２分子吸
附在Ｓｉ掺杂石墨烯上的稳定结构和电子特性，发现Ｓｉ掺杂在一定程度上增强了气体分子在石墨烯上的吸附。ＮＯ、ＮＯ２和Ｏ２的吸附使得Ｓｉ掺杂的石墨烯在费米能级附近出现一个杂质态，其对石墨烯的导电性有较大的影响。因此Ｓｉ掺杂是改善石墨烯气敏特性的有效途径。
２０１１年，Ｚｈｏｕ等［３０］
采用基于密度泛函理论（ＤＦＴ）
的第一性原理研究了小气体分子Ｏ２、ＣＯ２、ＮＯ２和Ｎ
Ｈ３在本征石墨烯和各种过渡金属内嵌的石墨烯（ＴＭ－ｇｒａｐｈｅｒｅ）上的吸附，详细讨论了小分子稳定吸附在不同过渡金属元素内嵌的石墨烯上的几何形态、能量、电荷转移和磁矩。计算发现，通过过渡金属的内嵌，石墨烯的化学反应活性均显著增强并导
致吸附气体分子活化，
表明这种材料在石墨烯基催化方面有极大的应用潜力。研究还表明在各种过渡金属元素中，Ｔｉ和Ａｕ在提高石墨烯的化学活性上表现最为突出。但是值得注
意的是，计算发现即使是在Ｔｉ／Ａｕ内嵌的石墨烯上，气体分子的吸附势仍然很高，其中ＮＨ３的势垒最低（１ｅＶ）
，优于其他分子，表明这些分子在ＴＭ－ｇｒａｐ
ｈｅｎｅ上有高的稳定性。通过上面的理论研究发现，本征石墨烯对各种气体有较小的吸附能，不能满足气体传感器的要求，而经过一定改性的石墨烯对气体的吸附具有一定的选择性和灵敏度。计算得出椅式边的石墨烯条带对ＮＨ３吸附敏感，Ｂ掺杂的石墨烯对ＮＯ和ＮＯ２吸附敏感，Ｓ和Ｎ掺杂的石墨烯对ＮＯ２吸附敏感，Ａｌ掺杂的石墨烯对ＣＯ的吸附有显著的提高，缺陷石墨烯与ＣＯ、ＮＯ和ＮＯ２有较强的相互作用，
Ｓｉ掺杂的石墨烯对ＮＯ、ＮＯ２和Ｏ２有较强的相互作用，过渡金属中Ａｕ、Ｔｉ在提高石墨烯化学活性上表现最为突出。这些理论研究结果为实验上改性石墨烯奠定了一定的基础。
２．４ 功能化石墨烯的Ｈ２气敏特性
尽管石墨烯有超大的比表面积和高的电子迁移率，且载流子浓度小的改变就会引起石墨烯电阻率的显著改变，但是实验和理论研究发现本征石墨烯传感器只对极少数气体有较强的吸附作用和高的灵敏度，而且气体选择性差。因此需要通过掺杂或功能化来增强石墨烯对特定气体的选择吸附，从而提高石墨烯基传感器对特定气体的灵敏度和选择性。目前此类研究正在逐步展开，已有的研究多针对氢气。
用作Ｈ２气敏材料的石墨烯主要有３种：氧化还原法制
备的石墨烯［３１，３２］、ＳｉＣ外延生长的石墨烯［３３，３４］
和ＣＶＤ法制备的石墨烯［
２１］
。鉴于大量实验表明本征石墨烯对氢气吸附不敏感，研究者多在石墨烯表面涂覆或沉积一层Ｐｔ、Ｐｄ纳米颗粒，或者合成Ｐｔ－Ｐｄ－石墨烯复合材料和石墨烯／聚苯胺纳米
复合材料来提高氢气的响应灵敏度。Ｋａｎｉｙ
ｏｏｒ等［３１］
首次研究了Ｐｔ纳米颗粒功能化的石墨烯传感器（Ｓ１）和Ｐｔ纳米颗粒功能化的多壁碳纳米管传感器（Ｓ２）在室温时对含４％（体积分数）氢气的空气的响应特性，发现Ｓ１的灵敏度为１６％，是Ｓ２的２倍。两者的响应时间相近（约９ｍｉｎ），但Ｓ１的恢复
时间比Ｓ２长。Ｃｈｕ等［３４］
探究了热解ＳｉＣ石墨烯表面沉积的
·
１４·石墨烯气敏性能的研究进展／张焕林等
Ｐｔ膜的厚度对氢气传感器气敏特性的影响，发现沉积１ｎｍＰｔ膜的传感器对氢气的响应灵敏度较高，且在Ｏ２、ＮＯ２、ＣＨ４、Ｎ２、ＮＨ３和Ｈ２中，其对Ｈ２有高的选择性。Ｗｕ等［２１］采用Ｐｄ纳米颗粒改性的ＣＶＤ石墨烯制备氢气传感器，发现其对０．００２５％～１％的氢气均有一定的响应，其中对０．０５％的氢气的灵敏度为４．１％，响应时间为２１３ｓ，恢复时间为４６３ｓ。Ｋｕｍａｒ等［３５］用化学法制备的Ｐｄ－Ｐｔ－石墨烯复合材料制备氢气传感器，１０１．３ｋＰａ、２２℃时其对含２％（体积分数）氢气的氩气的响应灵敏度为４．３％，在４０℃具有最高灵敏度（约为５．１％）。Ａｌ－Ｍａｓｈａｔ等［３６］用石墨烯／聚苯胺纳米复合材料制备传感器，研究室温下其对空气中１％的氢气的响应，并与本征石墨烯进行对比，其对１％的氢气的灵敏度为１６．５７％，远大于本征石墨烯传感器的灵敏度（０．８３％）。由此可以看出，掺杂或功能化可以在一定程度上改善石墨烯的Ｈ
２
气敏性能。
３ 结语
通过掺杂和功能化来改善石墨烯的气敏性能是目前石墨烯气敏性能的研究热点。石墨烯因超高的电子迁移率和大的比表面积有望成为新型的气敏材料，然而大量实验表明
本征石墨烯只对ＮＨ
３、ＮＯ
２
等少数气体有较高的灵敏度，且
气体选择性差。将理论计算与实验相结合探索不同的掺杂和功能化方法来改善石墨烯传感器对各种气体的响应灵敏度和选择性，这是目前石墨烯作为气敏材料研究的主要方向。若要实现石墨烯气敏材料的产业化，石墨烯还面临如何提高室温下的响应灵敏度、如何缩短响应时间和恢复时间、如何做到室温解吸附等挑战。
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１２Ｌｅｅ Ｃ，Ｗｅｉ Ｘ，Ｋｙｓａｒ Ｊ Ｗ，ｅｔ ａｌ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００８，３２１（５８８７）：３８５
１３Ｓｔｏｌｌｅｒ Ｍ Ｄ，Ｐａｒｋ Ｓ，Ｚｈｕ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｕｌｔｒａｃａ－ｐａｃｉｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ，２００８，８（１０）：３４９８
１４Ｂａｅ Ｓ，Ｋｉｍ Ｈ，Ｌｅｅ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｒｏｌｌ－ｔｏ－ｒｏｌｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ３０ｉｎｃｈ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ［Ｊ］．ＮａｔＮａｎｏｔｅｃｈｎ，２０１０，５（８）：５７４
１５Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ Ｋ Ｓ，Ｊｉａｎｇ Ｚ，Ｚｈａｎｇ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｒｏｏｍ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｑｕａｎｔｕｍ Ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｇｒａｐｈｅｎｅ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００７，３１５（５８１７）：１３７９
１６Ｚｈａｎｇ Ｙ，Ｔａｎ Ｙ Ｗ，Ｓｔｏｒｍｅｒ Ｈ Ｌ，ｅｔ ａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｏｂ－ｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｕｍ Ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ Ｂｅｒｒｙ′ｓ ｐｈａｓｅ ｉｎｇｒａｐｈｅｎｅ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，２００５，４３８（７０６５）：２０１
１７Ｒａｍａｎａｔｈａｎ Ｔ，Ａｂｄａｌａ Ａ，Ｓｔａｎｋｏｖｉｃｈ Ｓ，ｅｔ ａｌ．Ｆｕｎｃｔｉｏｎａ－ｌｉｚｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｓｈｅｅｔｓ ｆｏｒ ｐｏｌｙｍｅｒ ｎａｎｏ－ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＮａｔＮａｎｏｔｅｃｈｎ，２００８，３（６）：３２７
１８Ｓｔａｎｋｏｖｉｃｈ Ｓ，Ｄｉｋｉｎ Ｄ Ａ，Ｄｏｍｍｅｔｔ Ｇ Ｈ Ｂ，ｅｔ ａｌ．Ｇｒａ－ｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，２００６，４４２（７１００）：２８２
１９Ｃｈｏｉ Ｗ，Ｌａｈｉｒｉ Ｉ，Ｓｅｅｌａｂｏｙｉｎａ Ｒ，ｅｔ ａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｇｒａ－ｐｈｅｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：Ａ ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｃｒｉｔ Ｒｅｖ Ｓｏｌ ＳｔａｔｅＭａｔｅｒ Ｓｃｉ，２０１０，３５（１）：５２
２０Ｆｏｗｌｅｒ Ｊ Ｄ，Ａｌｌｅｎ Ｍ Ｊ，Ｔｕｎｇ Ｖ Ｃ，ｅｔ ａｌ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃｈｅｍｉｃａｌｓｅｎｓｏｒｓ ｆｒｏｍ ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｄｅｒｉｖｅｄ ｇｒａｐ ｈｅｎｅ［Ｊ］．ＡＣＳ Ｎａｎｏ，２００９，３（２）：３０１
２１Ｗｕ Ｗ，Ｌｉｕ Ｚ，Ｊａｕｒｅｇｕｉ Ｌ Ａ，ｅｔ ａｌ．Ｗａｆｅｒ－ｓｃａｌｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ ｂｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏ－ｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｅｎｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｓｅｎｓ Ａｃｔｕａｔ Ｂ，２０１０，１５０（１）：２９６
２２Ｄａｎ Ｙ，Ｌｕ Ｙ，Ｋｙｂｅｒｔ Ｎ Ｊ，ｅｔ ａｌ．Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｇｒａ－ｐｈｅｎｅ ｖａｐｏｒ ｓｅｎｓｏｒｓ［Ｊ］．Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ，２００９，９（４）：１４７２
２３Ｙａｖａｒｉ Ｆ，Ｃｈｅｎ Ｚ，Ｔｈｏｍａｓ Ａ Ｖ，ｅｔ ａｌ．Ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｇａｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ａ ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｇｒａｐｈｅｎｅｆｏａｍ ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ，２０１１，１：１６６
２４Ｌｅｅｎａｅｒｔｓ Ｏ，Ｐａｒｔｏｅｎｓ Ｂ，Ｐｅｅｔｅｒｓ Ｆ Ｍ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ２Ｏ，ＮＨ３，ＣＯ，ＮＯ２，ａｎｄ ＮＯ ｏｎ ｇｒａｐｈｅｎｅ：Ａ ｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ Ｂ：Ｃｏｎｄｅｎｓ Ｍａｔｔｅｒ，２００８，７７（１２）：１２５４１６
２５Ｈｕａｎｇ Ｂ，Ｌｉ Ｚ，Ｌｉｕ Ｚ，ｅｔ ａｌ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓｏｎ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｒｉｂｂｏｎｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｎａｎｏｓｃａｌｅｍｏｌｅｃｕｌｅ ｓｅｎｓｏｒ［Ｊ］．Ｊ Ｐｈｙｓ Ｃｈｅｍ Ｃ，２００８，１１２（３５）：１３４４２２６Ｄａｉ Ｊ，Ｙｕａｎ Ｊ，Ｇｉａｎｎｏｚｚｉ Ｐ．Ｇａｓ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｎ ｇｒａｐｈｅｎｅｄｏｐｅｄ ｗｉｔｈ Ｂ，Ｎ，Ａｌ，ａｎｄ Ｓ：Ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ａｐｐｌ
·
２
４
·材料导报 ２０１２年１１月第２６卷专辑２０
Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ，２００９，９５（２３）：２３２１０５
２７Ａｏ Ｚ Ｍ，Ｌｉ Ｓ，Ｊｉａｎｇ Ｑ．Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｆｉｅｌｄ ａｎｄ ＣＯ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ／ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｎ Ａｌ－ｄｏｐｅｄｇｒａｐｈｅｎｅ［Ｊ］．Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎ，２０１０，１５０（１３－１４）：６８０
２８Ｚｈａｎｇ Ｙ Ｈ，Ｃｈｅｎ Ｙ Ｂ，Ｚｈｏｕ Ｋ Ｇ，ｅｔ ａｌ．Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｇａｓｓｅｎｓｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｂｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｄｏｐａｎｔｓ ａｎｄｄｅｆｅｃｔｓ：Ａ ｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，２０（１８）：１８５５０４
２９Ｚｏｕ Ｙ，Ｌｉ Ｆ，Ｚｈｕ Ｚ Ｈ，ｅｔ ａｌ．Ａｎ ａｂ ｉｎｉｔｉｏ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｇａｓｓｅｎｓｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ ａｎｄ Ｓｉ－ｄｏｐｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ［Ｊ］．Ｅｕｒ Ｐｈｙｓ Ｊ Ｂ，２０１１，８１（４）：４７５
３０Ｚｈｏｕ Ｍ，Ｌｕ Ｙ Ｈ，Ｃａｉ Ｙ Ｑ，ｅｔ ａｌ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｍｏｌｅ－ｃｕｌｅｓ ｏｎ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔａｌ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ：Ａ ｓｅａｒｃｈ ｆｏｒｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｃａｔａｌｙｓｔｓ ａｎｄ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒｓ［Ｊ］．Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，２２（３８）：３８５５０２
３１Ｋａｎｉｙｏｏｒ Ａ，Ｊａｆｒｉ Ｒ Ｉ，Ａｒｏｃｋｉａｄｏｓｓ Ｔ，ｅｔ ａｌ．Ｎａｎｏ－ｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅｄ Ｐｔ ｄｅｃｏｒａｔｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ－ｔｕｂｅ ｂａｓｅｄ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅ－ｒａｔｕｒｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒ［Ｊ］．Ｎａｎｏｓｃａｌｅ，２００９，１（３）：３８２３２Ｓｈａｆｉｅｉ Ｍ，Ｓｈｉｎ Ｋ，Ｙｕ Ｊ，ｅｔ ａｌ．Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｇａｓ ｓｅｎｓｉｎｇ ｐｅｒ－ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ Ｐｔ／ｇｒａｐｈｅｎｅ／ＳｉＣ ｄｅｖｉｃｅ［Ｃ］／／Ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ Ｓｅｎ－ｓｏｒｓ，Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２０１１ １６ｔｈ Ｉｎ－ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ．Ｂｅｉｊｉｎｇ，２０１１
３３Ｃｈｕ Ｂ Ｈ，Ｌｏ Ｃ Ｆ，Ｎｉｃｏｌｏｓｉ Ｊ，ｅｔ ａｌ．Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇ ｐｌａｔｉｎｕｍ ｃｏａｔｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｇｒｏｗｎ ｏｎ ＳｉＣ［Ｊ］．Ｓｅｎｓ Ａｃ－ｔｕａｔ Ｂ，２０１１，１５７（２）：５００
３４Ｃｈｕ Ｂ Ｈ，Ｎｉｃｏｌｏｓｉ Ｊ，Ｌｏ Ｃ Ｆ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏａｔｅｄ ｐｌａｔｉ－ｎｕｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｎ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｓｅｎｓｏｒｓ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｌｅｔｔ，２０１１，１４（７）：Ｋ４３
３５Ｋｕｍａｒ Ｒ，Ｖａｒａｎｄａｎｉ Ｄ，Ｍｅｈｔａ Ｂ Ｒ，ｅｔ ａｌ．Ｆａｓｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ Ｐｄ－Ｐｔ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ－ｇｒａ－ｐｈｅｎｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｌａｙｅｒｓ［Ｊ］．Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，２２（２７）：２７５７１９
３６Ａｌ－Ｍａｓｈａｔ Ｌ，Ｓｈｉｎ Ｋ，Ｋａｌａｎｔａｒ－Ｚａｄｅｈ Ｋ，ｅｔ ａｌ．Ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｒ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｅｎｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｊ ＰｈｙｓＣｈｅｍ Ｃ，２０１０，１１４（３９）：
檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸
１６１６８
（上接第３５页）
４２张云峰，张英才，王新华，等．磁场作用下纳米磁流体热管传热速率的研究［Ｊ］．动力工程学报，２０１１，３１（７）：５３０
４３郑兆志，龙建佑．以Ｒ６００ａ－纳米铝为工质的热管散热性能试验研究［Ｊ］．顺德职业技术学院学报，２００９，７（２）：２６
４４Ｓｈａｆａｈｉ Ｍ，Ｂｉａｎｃｏ Ｖ，Ｖａｆａｉ Ｋ，ｅｔ ａｌ．Ｔｈｅｒｍａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ ｆｌａｔ－ｓｈａｐｅｄ ｈｅａｔ ｐｉｐｅｓ ｕｓｉｎｇ ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ［Ｊ］．Ｉｎｔ Ｊ ＨｅａｔＭａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，２０１０，５３：１４３８
４５Ｓｈａｆａｈｉ Ｍ，Ｂｉａｎｃｏ Ｖ，Ｖａｆａｉ Ｋ，ｅｔ ａｌ．Ａｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｈｅａｔ ｐｉｐｅｓ ｕｓｉｎｇｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ［Ｊ］．Ｉｎｔ Ｊ Ｈｅａｔ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，２０１０，５３：３７６
４６李东东，赵蔚琳，李金凯，等．纳米流体热管启动过程的试验研究［Ｊ］．化工机械，２０１０，３７（６）：６８４
４７李启明，彭晓峰，王补宣．纳米流体振荡热管内部流动和传热特性［Ｊ］．工程热物理学报，２００８，２９（３）：４７９
４８Ｗａｎｇ Ｙ，Ｃｈｕｎｇ Ｓ Ｊ，Ｌｅｏｎａｒｄ Ｊ Ｐ．Ｃｏｏｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ ｉｎ ａ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ ｈｅａｔ ｓｉｎｋ［Ｃ］／／ＡＳＭＥ Ｍｉｃｒｏ／Ｎａｎｏｓｃａｌｅ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅ－ｒｅｎｃｅ．Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０１０：６１７
４９廖寿学．矩形微槽道内纳米流体流动阻力特性研究［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１１
５０Ｊａｅｓｅｏｎ Ｌｅｅ，Ｉｓｓａｍ Ｍｕｄａｗａ．Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ－
ｎｅｓｓ ｏｆ ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ｍｉｃｒｏ－ｃｈａｎｎｅｌｓ［Ｊ］．Ｉｎｔ Ｊ Ｈｅａｔ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，２００７，５０（３－４）：４５２
５１徐立，李玉秀，徐进良，等．微通道中纳米流体流动沸腾换热性能研究［Ｊ］．高校化学工程学报，２０１１（４）：５５９
５２王维，罗小平．微槽道中纳米流体沸腾换热特性研究［Ｊ］．低温与超导，２０１１，３９（４）：６５
５３Ｍｏｈａｍｍｅｄａ Ｈ Ａ，Ｂｈａｓｋａｒａｎ Ｇ，Ｓｈｕａｉｂ Ｎ Ｈ，ｅｔ ａｌ．Ｎｕｍｅ－ｒｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｕｎｔｅｒ ｎａｎｏｆｌｕｉ－ｄｓ ｆｌｏｗ ｉｎ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ［Ｊ］．Ｓｕ－ｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔ，２０１１，５０：２１５
５４高玉国，王建升，郭朋彦．纳米流体在发动机冷却系统中的应用［Ｊ］．华北水利水电学院学报，２０１１，３２（４）：７
５５徐行军，郑清平．Ｃｕ－乙二醇纳米流体对发动机冷却水套传热的模拟研究［Ｊ］．小型内燃机与摩托车，２０１０，３９（３）：４０
５６彭稳根，刘元春，胡彦伟，等．发动机冷却系统内纳米流体强化换热模拟［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２０１１，４３（１）：１０９
５７夏国栋，周明正，周利军，等．Ａｇ纳米流体浸没射流冲击换热特性［Ｊ］．化工学报，２０１１，６２（４）：９１６
５８Ｒｏｂｅｒｔｓ Ｎ Ａ，Ｗａｌｋｅｒ Ｄ Ｇ．Ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ ｉｎ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ Ｔｈｅｒｍ Ｅｎｇ，２０１０，３０：２４９９
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石墨烯气敏性能的研究进展／张焕林等
graphene气敏性能_张焕林
石墨烯气敏性能的研究进展 张焕林１，李芳芳２，刘柯钊１ （１ 表面物理与化学重点实验室，绵阳６２１９０７；２ 中国工程物理研究院，绵阳６２１９００ ）摘要 石墨烯因具有高的电子迁移率和超大的比表面积而有望成为新一代的气敏材料，近年来有关石墨烯气体传感器的研究工作逐年增加。概述了石墨烯的结构和特性；介绍了典型石墨烯气体传感器的工作原理；综述了本征和功能化石墨烯的多种气体气敏特性在理论和实验上的研究现状。 关键词 石墨烯 本征石墨烯 改性石墨烯 气敏特性 Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｇａｓ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ＧｒａｐｈｅｎｅＺＨＡＮＧ Ｈｕａｎｌｉｎ１，ＬＩ Ｆａｎｇｆａｎｇ２， ＬＩＵ Ｋｅｚｈａｏ１ （１ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１９０７；２ Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１９００）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｏｗｉｎｇ ｔｏ ｉｔｓ ｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌｌｙ ｈｉｇｈ ｃａｒｒｉｅｒ ｍｏｂｉｌｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｌａｒｇｅ ｓｕｒｆａｃｅ－ｔｏ－ｖｏｌｕｍｅ ｒａｔｉｏ，ｇｒａ－ｐｈｅｎｅ ｉｓ ｔｈｏｕｇｈｔ ｔｏ ｂｅ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ｇａｓ ｓｅｎｓｉｎｇ．Ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｒｅｐｏｒｔｅｄ ａｒｔｉｃｌｅｓａｂｏｕｔ ｇａｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐｒｉｎｃｉ－ｐｌｅ ｏｆ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｉｓ ａｌｓｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｗｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔａｔｕｓ ｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｐｒｉｓｔｉｎｅ ａｎｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｔｏ ｖａｒｉｏｕｓ ｇａｓｅｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｐｒｉｓｔｉｎｅ ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｇａｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ 张焕林：女，硕士研究生，从事碳材料的功能化研究 Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇ ｈｌ０６＠１２６．ｃｏｍ０ 引言 石墨烯是除了石墨、金刚石、富勒烯和碳纳米管之外碳元素的又一种同素异形体。它是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构， 是构成其他维数材料的基本结构单元，它可以包裹成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管或者堆 垛成三维的石墨［１］ 。２００４年英国曼彻斯特大学的物理学教授Ｇｅｉｍ的研究组［２］ 用高度定向的热解石墨（ＨＯＰＧ） 首次获得了独立存在的高质量的石墨烯， 并对其电学性能进行了系统表征。研究发现石墨烯存在双极性电场效应，具有极大的载流子浓度、超高的载流子迁移率和亚微米尺度的弹性输运等特性。这些优异的性能引起了物理学、 材料学、化学等科研领域的广泛关注，掀起了继富勒烯和碳纳米管后的又一次碳材料研究热潮。石墨烯的发现者Ｇｅｉｍ教授和Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ 博士也因此被授予２０１０年度诺贝尔物理学奖。 ２００７年Ｓｃｈｅｄｉｎ等［３］ 首先发现， 用石墨烯制备的传感器可以检测到单个分子在石墨烯表面的吸附和解吸附行为，这 引起了科学界的极大关注。研究者们随后研究了微机械剥离、化学剥离和化学气相沉积等方法制备的石墨烯的气敏特性，发现本征石墨烯只对ＮＯ２、ＮＨ３等少数气体有较高的灵敏度。于是理论研究者纷纷开始了本征、掺杂和缺陷石墨烯与气体吸附作用机制的研究，发现具有一定缺陷或掺杂的石墨烯对特定的气体有较强的吸附。在理论研究的指导下，最近研究者对石墨烯进行了有目的地掺杂和功能化研究以提 高石墨烯对特定气体的选择性和灵敏度。本文着重介绍本征石墨烯的气敏特性、对气体分子的吸附作用，以及功能化石墨烯对氢气的响应特性。 １ 石墨烯的结构和特性 石墨烯是由ｓｐ２ 杂化的碳原子紧密排列构成的二维六角 结构的单层石墨，每个碳原子通过σ键与相邻的３个碳原子连接，这些强Ｃ－Ｃ键的网状结构使石墨烯片层具有优异的结构刚性。每个碳原子都有１个未成键的电子， 这些电子在与原子平面垂直的方向上形成的离域π轨道上自由运动，赋予 石墨烯良好的导电性［４］。石墨烯ｓｐ２ 杂化的碳碳键的长度为０．１４２ｎｍ［５］，单原子层的理论厚度为０．３４ｎｍ［６］ 。图１为石墨 烯的能带结构和布里渊区图［７］ ，价带和导带在费米能级的６ 个顶点上相交，由此表明石墨烯是一种零带隙的物质，具有 金属性。石墨烯中电子的典型传导速率为８×１０５ ｍ·ｓ －１，接近光在真空中传播速度的１／４００ ，比一般半导体的电子传导速率大得多［８］ 。除此之外，当石墨烯被裁剪为宽度小于 １０ｎｍ的纳米条带时会产生一定的带隙， 这种半导体石墨烯在晶体管中有较大的潜在应用价值［ ９］ 。目前已证实的石墨烯的优异的物理性质包括：室温下高 的电子迁移率（１５０００ｃｍ２·Ｖ－１·ｓ－１）［２，１０］ ；优异的热导率（约５０００Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１）［１１］ ，是Ｃｕ热导率的１０倍多；超高的力学性能，破坏强度为４２Ｎ／ｍ，杨氏模量为１．０ＴＰａ［１ ２］ ；超大的比表面积，理论值为２６３０ｍ ２·ｇ－１［１３］；几乎完全透明，光透· ９３·石墨烯气敏性能的研究进展／张焕林等
理想气体的性质
第三章 理想气体的性质 一、目的及要求： 了解理解气体的特点及性质，掌握理想气体比热容、热力学能、焓，熵等量的计算方法。了解混合理想气体的性质及热力学参数的计算。二、内容： 3.1 理想气体的概念及其状态方程式 3.2 理想气体的比热、热力学能、焓及熵 3.3 理想气体的混合物 三、重点及难点： 3.1 熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式。 正确理解理想气体比热容的概念；熟练掌握和正确应用定值比热容、平均比热容来计算 过程热量，以及计算理想气体热力学能、焓和熵的变化。四、主要外语词汇： ideal gas, real gas,the heat capacity, properties, Dalton’s law of partial pressure , 五、本章节采用多媒体课件 六、复习思考题及作业： 思考题： 1、何谓理想气体和实际气体？火电厂的工质水蒸气可视为理想气体吗？ 2、气体常数和通用气体常数有何区别和联系？ 3、气体常数Rg 与气体种类是否有关？与状态呢？ 4、理想气体的cp －cv ＝，与气体状态关？ 5、容器内盛有一定状态的理想气体，如将气体放出一部分后重新又达到新的平衡状态， 6、放气前后两个平衡状态之间可否表示为下列形式： (a) 112212p v p v T T = (b) 112212 p V p V T T = 作业： 3－3，3－4，3－6，3－9，3－10，3－14，3－18 第三章 理想气体的性质 §3－1 理想气体的概念
理想气体是一种实际不存在的假象气体，其两点假设为： ① 分子是些弹性的、不具体积的质点。 ②分子间相互没有作用力。 在这两点假设条件下，气体分子的运动规律极大的简化了，分子两次碰撞之间为直线运动，且弹性碰撞无动能损失。对此简化了的物理模型，不但可定性地分析气体某些热力现象，而且可定量的导出状态参数间存在的简单函数关系。那么，由哪些气体可看成是理想气体呢？ 众所周知，高温、低压的气体密度小、比体积大，若大到分子本身体积远小于其活动空间，分子间平均距离远到作用力极其微弱的状态就很接近理想气体。因此，理想气体是气体压力趋近于零（0→p ）、比体积趋近于无穷大（∞→v ）时的极限状态。工程中常用的氧气、氮气、氢气、一氧化碳等及其混和空气、燃气、烟气等工质，在通常使用的温度、压力下都可作为理想气体处理，误差一般都在工程计算允许的精度范围之内。如空气在室温下、压力达10MPa 时，按理想气体状态方程计算的比体积误差在1%左右。不符合上述两点假设的气态物质称为实际气体。蒸汽动力装置中采用的工质水蒸气，制冷装置的工质氟里昂蒸汽、氨蒸汽等，这类物质的临界温度较高，蒸汽在通常的工作温度和压力下离液态不远，不能看作理想气体。通常，蒸汽的比体积较气体小得多，分子本身体积不容忽略，分子间的内聚力随距离减小急剧增大。因而，实际气体运动规律极其复杂，宏观上反映为状态参数的函数关系式复杂，热工计算种需要借助于计算机或利用为各种蒸汽专门编制的图或表。实际气体的性质将在第六章中讨论。而对于大气中含有的少量水蒸气，燃气和烟气中含有的水蒸气和二氧化碳等，因分子浓度低，分压力甚小，在这些混合物的温度不太低时仍可视作为理想气体。＊＊注：当工质温度超过临界温度后，即使压力再高，工质也不存在液相。 对于理想气体而言，其热力学能u 和焓h 只是温度的函数，原因如下： 由于理想气体分子间不具作用力，因此不存在内位能，只存在取决于温度的内动能，因而与体积v 无关，u 只是温度T 的单值函数，即：u = u ( T )。又因为h = u + pv ，
实验三 活性氧化锌粉体制备及气敏性能测定
实验三、活性氧化锌粉体制备及气敏性能测定 氧化锌是一种多功能材料，在压电陶瓷、颜料、石油化工、催化、橡胶、塑料、涂料、电子及敏感材料等领域得到广泛应用。作为半导体气敏材料，氧化锌是研究最早、应用最广泛的气敏材料之一，它的优点是对可燃气体具有较高的检测灵敏度，通过掺杂提高其气敏选择性，从而达到对硫化氢、液化气、乙醇蒸汽和一氧化碳等气体的选择性检测。氧化锌气敏材料的缺点是工作温度较高，一般为400 ~ 500℃，气敏选择性较差。因此，对氧化锌气敏材料的改进主要集中在提高灵敏度、改善选择性、降低功耗等方面。其方法有贵金属或稀土金属掺杂、氧化物复合以及元件表面修饰等。 活性氧化锌的制备方法主要是化学沉淀法，其中包括直接沉淀法和间接沉淀法。直接沉淀法是向锌溶液中加入沉淀剂(如碳酸铵，氨水，草酸铵等)，直接发生反应形成氧化锌前驱物沉淀，之后煅烧得到活性氧化锌粉末。间接沉淀法是向锌溶液中加入尿素或六次甲基四铵等均相沉淀剂，通过它们在溶液中进行的化学反应(生成沉淀剂)使前驱物沉淀在溶液中均匀缓慢析出，经煅烧得到活性氧化锌粉体。 本实验用稀硫酸酸浸锌焙砂得到Zn2+溶液，之后以碳酸铵为沉淀剂，采用直接沉淀法制备活性氧化锌粉体。将该粉体涂敷在陶瓷管表面制成气敏元件，用电压测量法测定活性氧化锌对乙醇蒸汽的气敏性能。 一、实验目的 1、通过氧化锌粉体的制备，了解液相法制备粉体材料的一般方法和过程； 2、了解和使用差热-热重分析(TG?DTA)测定固体物质的热分解性能； 3、使用X?射线衍射分析(XRD)测定固体物质的物相结构； 4、通过氧化锌气敏材料的制备和性能测试，了解其它气敏材料的制备、气敏性能测定的一般方法。 二、基本原理 1、锌焙砂制备氧化锌 锌焙砂系由锌精矿经氧化焙烧得到，用稀硫酸溶解时发生下列反应： ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O 锌焙砂中的杂质元素也和硫酸反应 FeO·Fe2O3 + 4 H2SO4 = FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4 H2O MnO2 + H2SO4 = MnSO4 + 1/2 O2 + H2O CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O CdO + H2SO4 = CdSO4 + H2O NiO + H2SO4 = NiSO4 + H2O 从共存杂质元素性质可知除杂的关键是除去铁、锰。而Cu2+、Cd2+、Ni2+等则可以通过往溶液中加入过量的锌粉，Zn与相应离子发生置换反应使Cu、Cd、Ni等与过量的Zn 粉一起沉淀析出，从而达到除杂的目的。 在弱酸性介质中加入高锰酸钾溶液, 使Fe2+氧化为Fe3+, Mn2+氧化为四价锰，最后以MnO2·x H2O形式沉淀去除。调整PH值至5.0时Fe3+生成Fe(OH)3沉淀，过滤除去，得到硫酸锌精溶液，再加入碳酸铵溶液，即得碱式碳酸锌沉淀，碱式碳酸锌热分解即得活性氧化锌。 4 ZnSO4 + 4 (NH4)2CO3 + 4 H2O = Zn4CO3(OH)6·H2O + 4 (NH4)2SO4 + 3 CO2 Zn4CO3(OH)6·H2O = 4 ZnO + CO2 + 4 H2O 2、半导体气敏陶瓷的工作机制
SnO2材料气敏性能研究进展
SnO2材料气敏性能研究进展 1.气体传感器的定义与研究意义 气体传感器是传感器领域的一个重要分支，是一种将气体的成分、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等使用的信息的装置。它主要用来检测气体的种类和浓度，对接触气体产生响应并转化成电信号从而达到对气体进行定量或半定量检测报警的目的。气体传感器现已在人类的生产生活中得到了广泛的应用，在民用方面，主要是检测天然气、煤气的泄露，二氧化碳气体含量、烟雾杂质和某些难闻的气味及火灾发生等；在工业方面，主要是检测硫化物、氮氧化物、CH4、CO、CO2及Cl2等有毒或有害的气体，检测有机溶剂和磷烷、砷烷等剧毒气体，检测电力变压器油变质而产生的氢气，检测食品的新鲜度，检测空燃比或废气中的氧气的含量以及检测驾驶员呼气中酒精含量等；在农业生产上，主要是检测温度和湿度、CO2，土壤干燥度、土壤养分和光照度。因此，气敏传感器的研究具有非常重要的意义。 2.气体传感器的分类 按基体材料的不同，气敏传感器还可分为固体电解质气体传感器、有机高分子半导体传感器，金属氧化物半导体气体传感器；按被检测的气体不同，气敏传感器可分为酒敏器件、氢敏器件、氧敏器件等。固体电解质气体传感器使用固体电解质做气敏材料，主要是通过测量气敏材料通过气体时形成的电动势而测量气体浓度。这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，得到了广泛的应用。高分子气敏传感器通过测量气敏材料吸收气体后的电阻、电动势、声波在材料表面传播速度或频率以及重量的变化来测量气体浓度。高分子气体传感器具有许多的优点，如对特定气体分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以补充其它气体传感器的不足。金属氧化物半导体气体传感器是一类研究时间较长、应用前景较好的传感器，它主要根据材料表面接触气体后电阻发生变化的原理来检测气体。因为金属氧化物半导体中多数载流子的不同而分为P型和N型。N 型半导体材料中，主要是晶格内部存在氧离子的缺位或阳离子的填隙，此类材料主要包括SnO、ZnO、In2O3、a-Fe2O3、WO3、ZnFe2O4、CdO和TiO2等。在P
各种气体的性质总结
各种气体的性质总结 一:气体名称：氧气 反应方程式：2KClO3=(MnO2)=△=2KCl+3O2↑ 反应物状态：固固加热 水溶性：难溶 , 颜色：无色 ,气味：无味 收集方法：向上排空气法，排水法 排空气验满方法：带火星木条，复燃 可选用的干燥剂：浓H2SO4，无水CuSO4，碱石灰，无水CaCl2，P2O5 其他制取方法：2KMnO4=△=K2MnO4+MnO2+O2↑；2H2O2=(MnO2)=2H2O+O2↑ 注意事项：KClO3催化分解时试管中不能混有任何可燃物，否则引起爆炸。二：气体名称：氢气 反应方程式：Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑ 反应物状态：固液常温 水溶性：难溶， 颜色：无色，气味：无味 收集方法：向下排空气法，排水法 可选用的干燥剂：浓H2SO4，无水CuSO4，碱石灰，无水CaCl2，P2O5 其他制取方法：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑；CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2↑注意事项：不能使用浓H2SO4和任何浓度的HNO3。点燃或加热前必须验纯三：三气体名称：氯气 反应方程式：MnO2+4HCl(浓)=△=MnCl2+Cl2↑+2H2O 反应物状态：固液加热， 水溶性：可溶(1:2) ， 颜色：黄绿色， 气味：刺激性气味（有毒！） 收集方法：向上排空气法，排饱和食盐水法 排空气验满方法：观察颜色；湿润的淀粉-KI试纸，试纸变蓝 可选用的干燥剂：浓H2SO4，无水CuSO4，无水CaCl2，P2O5 其他制取方法：2KMnO4+16HCl=2MnCl2+2KCl+5Cl2+8H2O 注意事项：必须在通风橱中操作，尾气用碱吸收，以免污染大气。 四：气体名称：氮气 反应方程式：NaNO2(固体)+NH4Cl(饱和)=△=NaCl+N2↑+2H2O 反应物状态：固液加热， 水溶性：难溶， 颜色：无色， 气味：无味 收集方法：排水法，向下排空气法 排空气验满方法：燃着的木条，熄灭 可选用的干燥剂：浓H2SO4，无水CuSO4，碱石灰，无水CaCl2，P2O5五：气体五：名称：氯化氢 反应方程式：NaCl+H2SO4(浓)=△=NaHSO4+HCl↑
碳_离子液体凝胶气敏材料响应性能的研究
第22卷第5期2010年5月化学研究与应用Che m ica l R esearch and Appli ca tion V o.l 22,N o .5 M ay ,2010 文章编号:1004 1656(2010)05 0625 04 碳 离子液体凝胶气敏材料响应性能的研究 李 艳,孙 洁,陈 婷,汪佳俐,冯依玲,邓卫芹,曹晓卫,王 荣 * (上海师范大学化学系,上海 200234) 收稿日期:2009 10 14;修回日期:2009 12 26 基金项目:国家自然科学基金项目(20503016)资助;上海市科委启明星基金项目(07QA14044)资助;湖南大学生物传感与计量学国家重点实验室开放基金资助项目 联系人简介:王荣(1972 ),男,副教授,主要研究方向电化学与化学传感器。Ema i :l w angrong @shnu edu cn 关键词:碳 离子液体凝胶;有机蒸汽;气敏材料;主元分析;气体传感器中图分类号:O657 1 文献标识码:A Carbon black ionic li qui d gel for gas sensi ng LI Yan ,SUN Jie ,C H E NG T i n g ,WANG Jia l,i FENG Y i li n g ,DE NG W e i q i n g ,C AO X iao w e,i WANG Rong * (D epart m ent o f Che m i stry ,Shangha iN or m a lU n i versity ,Shangha i 200234,Ch i na) Ab stract :T he carbon b l ack/i on i c li qui d gels w ere used as the sensing ma teria l s i n the gas senso r and senso r array for o rganic vapor de tecti on R esults suggested t hat t h i s gas sensi ng m ater i a l showed a good li near response to w ards t he concentra ti on o f dich l o rome t hane ,te trahydrofuran ,et hy l cyanide ,e t hano ,l acetone vapors w i th quite different sensiti v ity T hese organ i c vapo rs w ere then successf u lly disti ngu i shed by the sensor array based on t he ca rbon b l ack /Bm i m PF 6、Em i m ET S O 4、Em i m CF 3SO 3ge ls and the pri nc i pal e le m ent data analysis m et hods K ey w ords :carbon black /i onic liqu i ds ge;l org an i c vapo r ;gas sensi ng ma teria;l pri nc i pal e le m ent ana l ysis ;gas sensor 随着我国国民经济的快速发展和国家安全的 需要,及时、准确地对易燃、易爆、有毒、有害气体进行检测、预报和自动控制,是煤炭、石油、化工、电力、国家安全部门等急待解决的重要课题。同时在质量检测,生产监控特别是食品、化妆品、饮料和其他化学品中都要求能够开发出性能优良、 方便耐用、小型多功能的新型气体传感器[1] 。其中气敏材料是传感器的核心,它决定传感器的选择性、灵敏度、线性度、稳定性等。因此,新功能敏感材料的开发及优化一直是传感器研究的热点。 近年来,碳粉/聚合物导电复合材料作为一种气敏响应材料被广泛应用于气体传感器和 电子 鼻中 [2],例如Do le m an 等[3] 使用导电碳粉分别与14种聚合物制备的复合材料所构成的传感器阵列,这一传感器阵列可用来检测19种常见有机溶 剂或蒸气。K i m 等[4] 构建了便携式的微型电子鼻系统,包含有16种碳粉聚合物的传感器单元,可以很好的鉴别常见的有机物以及混合酒类样品。 此外,日本的Tsuboka wa 研究小组[2] 在导电碳粉表面对化学接枝处理进行了大量的研究,以提高气敏材料的响应特性。碳粉/聚合物导电复合材料吸收了气体后,体积膨胀,电阻随之增加,从而 对大多数有机气体都有广泛的响应[5] 。然而由于聚合物没有固定的分子结构,且碳粉在聚合物中是很难均匀分散的,使得碳粉/聚合物材料的气敏特性受材料制作工艺的影响较大。 室温离子液体是指在室温或室温附近温度下呈液态由离子所构成的物质,由于具有可忽略的蒸气压,高的热稳定性等独特的物理化学性质,作为一种新型的气体敏感材料,具有潜在的应用价
3-3气体性质
1、用弹簧测力计拉着一支薄壁平底玻璃试管，将它的开口向下插在水银槽中，由于管内有一部分空气，此时试管内水银面比管外水银面高h 。若试管本身的重力与管壁的厚度均不计，此时弹簧测量力计的示数等于（ ） A 、进入试管内的H 高水银柱的重力 B 、外部大气与内部空气对试管底的压力之差 C 、试管内高出管外水银面的h 高水银柱的重力 D 、上面A 、C 所述的两个数值之差 2、如图所示，一圆柱形容器上部圆筒较细，下部的圆筒较粗且足够长，容器的底是一个可以沿下部圆筒无摩擦移动的活塞S ，用细绳通过测量力计F 将活塞提着，容器中盛水。开始时，水面与上部圆筒的开口处在同一水平面上，在提着活塞缓慢地下移，在这个过程中，测力计的示数是（ ） Ａ、先变小，后保持不变 B 、一直保持不变 C 、先变大，后变小 D 、先变小，后变大 3、如图所示，a 管上端封闭，下端开口。轻弹a 管，使两段水银柱及被两段水银柱封闭的空气柱合在一起。若此过程中温度不变，水银柱与管壁密封很好，则b 管水银柱的下端面A | 与原来a 管水银柱的下端面A 相比，将（ ） A 、在同一高度 B 、稍高 C 、稍低 D 、条件不中，无法判断 4、如图所示，一个壁厚可以不计、质量为Ｍ的汽缸放在光滑的水平地面上活塞质量为m ，面积为S ，内部封有一定质量的气体。活塞不漏气，不计摩擦，外界大气压为p 0，若在活塞上加一水平向左的恒力F （不考虑气体温度的变化），求汽缸和活塞以共同加速度运动时，缸内气体的压强多大？
5、气压式保温瓶内密封空气体积为V，瓶内水面与出水口的高 水口流出，瓶内空气压缩量△V至少为多少？ 6、房间里气温升高3℃时，房间内的空气将逸出1%，由此可计算出房间内原来的温度是多少℃？ 7、一个开着窗户的房间，温度为7℃时室内的气体为mkg，当温度升高到27℃时室内空气的质量为多少kg？ 8、粗细均匀一端封闭长为12cm的玻璃管，一个人手持玻璃管开口向下潜入水中，当潜到水下某深度时看到水进入玻璃管口2cm，求人潜入水中的深度。（取水面上大气压为p0=1.0×105p a,g=10m/s2） 9、如图所示，汽缸中封闭着温度为100℃的空气，一重物用绳索经滑轮跟汽缸中活塞相连接，重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离汽缸底的高度为10cm，如果缸内空气变 为0℃，重物将上升多少厘米？
Ru负载WO3纳米颗粒对NH3的气敏特性
第46卷第1期2018年1月 硅酸盐学报Vol. 46，No. 1 January，2018 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY https://www.sodocs.net/doc/6b17770733.html, DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2018.01.10 Ru负载WO3纳米颗粒对NH3的气敏特性 曾艳，花中秋，田学民，李彦，王天赐，奉轲，邱志磊 (河北工业大学电子信息工程学院，天津市电子材料与器件重点实验室，天津 300401) 摘要：采用酸化法制备了片状WO3纳米颗粒，通过动态配气测试系统测试了WO3对低浓度氨气(质量分数为2×10?6~20×10?6)的气敏性能。结果表明：制备的WO3对氨气的气敏性能较弱。为提高WO3纳米颗粒对氨气的气敏响应能力，采用浸渍法在WO3纳米颗粒表面负载了Ru元素。研究显示：Ru修饰改性的WO3对氨气的气敏响应显著提高，Ru-WO3对NH3的气敏响应随Ru的负载量及传感器工作温度的升高表现为先增大后减小，其中1%Ru-WO3在350℃时对NH3的气敏响应最好，且能响应低至1×10?6的NH3，同时，Ru-WO3在氢气还原后对NH3的气敏响应也得到了显著提高。还探究了氨气的气敏响应机理，初步认为表面吸附氧是WO3及Ru-WO3对NH3气敏响应的起源。 关键词：三氧化钨；钌；氨气；气敏性能 中图分类号：TP212.2 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2018)01–0070–08 网络出版时间：2017–10–11 15:08:39 网络出版地址：https://www.sodocs.net/doc/6b17770733.html,/kcms/detail/11.2310.TQ.20171011.1508.010.html Gas Sensing Properties of WO3 Nanoflakes Loaded with Ru for NH3 Detection ZENG Yan, HUA Zhongqiu, TIAN Xuemin, LI Yan, WANG Tianci, FENG Ke, QIU Zhilei (Tianjin Key Laboratory of Electronic Materials and Devices, School of Electronic and Information Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin, 300401, China) Abstract: WO3 nanoflakes were prepared via an acidification method, and the gas sensing properties of WO3 to low concentrations of ammonia gas (i.e., 2×10?6?20×10?6 in mass fraction) were investigated in a dynamic gas distribution system. The results indicate that the response properties of the prepared WO3 to NH3 are relatively low. In order to promote the response to NH3, ruthenium (Ru) was loaded on the surface of WO3 nanoflakes by an impregnation method. The response to NH3 is significantly improved due to the Ru modification, the gas sensing response of Ru-WO3 to NH3 firstly increases and then decreases with the increases of Ru loading amount and sensor operating temperature. The 1% Ru-WO3 has the maximum gas response to NH3 at 350oC and can respond to NH3 at a low concentration of 1×10?6. Simultaneously, the gas response of Ru-WO3 to NH3 after hydrogen reduction is also enhanced. In addition, the sensing mechanism of NH3 was also discussed. It is indicated that the origin of NH3 gas sensing response of WO3 and Ru-WO3 is the surface adsorption oxygen. Keywords: tungsten trioxide; ruthenium; ammonia gas; gas sensing properties 近年来，随着现代人体呼气分析技术的不断发展与进步，呼气分析式疾病诊断用氨气传感器受到了国内外研究人员的广泛关注[1?2]。氨气作为人体呼出气体的重要成分，是肝脏功能障碍、肾脏病、幽门螺杆菌感染及口腔等疾病的重要生理标志物，特别是肾脏病，其患者呼出气体中氨气浓度的质量分数可达10?6级别[1?2]。因此对NH3的呼气分析检测可实现对肾脏病的大规模快速筛查、早期预防和患者的日常自我诊断。目前对人体呼出气体NH3的检测分析常借助于气相色谱与质谱等技术，但其设备 收稿日期：2017–01–23。修订日期：2017–05–04。 基金项目：天津市自然科学基金(15JCYBJC52100)；国家自然科学基金(61501167)；河北省自然科学基金(F2016202214)项目。 第一作者：曾 艳(1991—)，女，硕士研究生。 通信作者：田学民(1967—)，男，博士，副教授。Received date:2017–01–23. Revised date: 2017–05–04. First author: ZENG Yan (1991–), female, Master candidate. E-mail: zengyan824803@https://www.sodocs.net/doc/6b17770733.html, Correspondent author: TIAN Xuemin (1967–), male, Ph. D., Associate Professor. E–mail: txm07@https://www.sodocs.net/doc/6b17770733.html,
几种常见可燃气体性质以及属性
几种常见可燃气体 (1千瓦·时=1.36马力·时=3.6×106焦耳) 表1 典型天然气的组分 天然气种的杂质成份主要是H 2S和H 2 O，作为内燃机燃料必须控制其含量，H 2 S的含量不超 过20mg/m3，H 2 O的含量要求25℃时无液态水存在。 对于天然气的压力要求，最佳范围在0.1～0.5MPa之间。天然气适用环境温度：-30℃～55℃。
表2 典型瓦斯的组分 煤矿瓦斯是与煤炭伴生的赋存在煤层中的气体，主要成分为甲烷，1m3甲烷的热值相当于1.14公斤的标准煤。煤矿瓦斯不仅热值高，而且不含硫化氢，是一种清洁能源。 表中数据为瓦斯中甲烷含量较高时的组份和热值。 O的含量要求25℃煤矿瓦斯的在抽放时伴随一定的水份，应用于瓦斯发电机组时，H 2 时无液态水存在。对于瓦斯压力要求，机组满负荷工作时，主管线压力应在3kPa以上。 瓦斯甲烷浓度不低于25％，满足煤矿安全要求。 适用环境温度：-30℃～55℃。
表3 典型焦炉煤气的组分 焦炉煤气是煤在隔绝空气条件下，在900～1000℃的高温条件下制取焦炭产生的副产品，每吨煤产焦炉煤气300～350立方米，其热值每立方米在16330～17580kJ，主要可燃成分是氢气、甲烷和一氧化碳。焦炉煤气的杂质主要包括焦油、氨、粗苯、萘、硫磺等。对粗煤气进行净化可回收焦油、氨、粗苯、萘、硫磺等化学产品。由于炼化工艺和使用煤的不同，产生的焦炉煤气和杂质成份有所不同。 应用于内燃机发电的焦炉煤气，除对燃料的压力有一定的要求外，对气体杂质含量也有相应的要求。 对于焦炉煤气压力要求，机组满负荷工作时，主管线压力应在3kPa以上。 适用环境温度：-30℃～55℃。
基于Ag-LaFeO_3传感材料的改性及丙酮气敏性能研究
基于Ag-LaFeO_3传感材料的改性及丙酮气敏性能研究 随着科技的进步,在工业生产中使用的化学物质越来越多,丙酮作为一种常用的有机溶剂,用途较为广泛,常用在纤维、塑料、油漆等行业中,人体吸入丙酮后,溶解在血液中,会麻醉中枢神经系统,并会造成肝肾受损,危害人体健康。医学研究表明,丙酮气体作为糖尿病的标识物,正常人呼出的丙酮含量低于0.8ppm, 而糖尿病人呼出的量高于1.8 ppm,采用一定的检测手段,通过对人体呼出气体中丙酮量的测定,可以用于1型糖尿病的无创诊断,所以对丙酮气体检测有重要的应用前景。虽然目前关于丙酮气敏传感材料有一些研究,但是在传感器件的灵敏度、工作温度、选择性等方面依然存在诸多问题。为了能够及时准确的检测丙酮气体的含量是否超标,本论文以Ag-LaFeO3为基体材料,采用分子印迹法改性分别制备了不同体系的分子印迹聚合物(MIPs)粉体,通过X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱分析(FT-IR)对所制备的MIPs的成分、形貌以及结构进行了表征,将制备的MIPs制作成旁热式气敏传感器表征其气敏性能(包括灵敏度、选择性、最佳工作温度、响应恢复特性等),并且研究了不同的制备条件及改性方法对器件气敏特性的影响。 主要内容和结果如下：(1)以Ag-LaFeO3溶胶做交联剂的各元件中,丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰胺(MAC)做功能单体合成的样品的气敏性能较差,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为功能单体,CH3COCH3为溶剂合成的样品,摩尔比为x=5： 100(x=模板分子：功能单体)的器件气敏性能较好,此器件在工作温度为200℃时,对2.5 ppm丙酮气体的灵敏度为14.7,响应恢复时间分别为80s和75 s； (2)SWCNTs改性MIPs的各元件中,以Ag-LaFeO3溶胶做交联剂,SWCNTs含量是1.00%的器件件气敏性能最优,此器件在工作温度120℃时,对2.5 ppm丙酮的灵敏度为18,且对丙酮有良好的选择性；(3)Graphene改性MIPs的各元件中,以 Ag-LaFeO3溶胶做交联剂,Graphene含量为0.4%的元件气敏性能最优,此器件在工作温度为110℃时,对2.5ppm丙酮的灵敏度为71.2,响应恢复时间分别为60s 和65s,且对丙酮有较好的选择性；(4) MIPs的气敏机理是：在印迹过程中,首先功能单体与模板分子通过氢键相互作用,接着交联剂与功能单体之间形成配位作用,最终脱去模板分子后在MIPs中形成了对丙酮具有特异识别性的的识别位点,而这些识别位点可以对丙酮进行选择性吸附,从而使材料的气敏性能得到提高。
气敏元件测试
实验？？气敏材料性能检测 一、实验目的 1.了解气敏材料性能的测试方法 2.了解气敏材料测试仪的基本操作方法 二、概述 气体传感器属于化学传感器，它是利用传感器与被测气体进行化学反应，并把反应结果转换成电信号再加以检测。气体传感器种类繁多，分类方式也不少。可以按照使用的材料来分．如半导体气体传感器，固体解质气体传感器等。气体传感器中最核心、最重要的部件就是传感元件中的气体敏感材料，气体敏感材料对特种气体的灵敏度和选择性以及稳定性等等性能的好坏是这种气体传感器优劣的标志，所以气敏材料的研究是科技工作者的研究重点。 一种良好的气体传感器需要在以下几个方面体现其优越性，这几种主要参数特性如下： (1)灵敏度：气敏元件的灵敏度是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标,它是气敏传感器的一个重要参数。灵敏度表示气体敏感元件的电参量与被测气体浓度之间的依从关系，一般采用电阻比（或电压比）来表示灵敏度S：S=Ra / Rg = Vg / Va (对n型半导体) S=Rg / Ra = Va / Vg (对p型半导体) (其中Ra表示电阻型气敏元件在洁净空气中的电阻值，称为气敏元件的固有电阻值, Rg表示在被测气体中的电阻值称为实测电阻值) (2)响应时间与恢复时间：气敏元件的响应时间表示在工作温度下、气敏元件对被测气体的响应速度，一般指气敏元件与一定浓度被测气体开始接触时，到气敏元件电阻变化值达到[Ra – Rg]值的80%所需的时间。一般用符号t res表示。而恢复时间表示在工作温度下，被测气体从该元件上解吸的速度。一般从气敏元件脱离被测气体开始计时，直到其电阻变化值达到[Ra – Rg]值的80%为止，所需的时间称为恢复时间。通常用符号t rec表示。 (3)选择性：在多种气体共存的条件下，气敏元件区分气体种类的能力称为选择性。对某种气体的选择性好就表示气敏元件对它有较高的灵敏度。选择性是气敏元件的重要参数。
气体密封性能检测原理及设备基本知识
气体密封性能检测原理及设备基本知识 随着航空、航天工业技术的进步，人们对密封性能检测技术及装备的要求也走向一个新高度。在民用工业中，人们对泄漏的认识、要求对泄漏检测和控制的意识逐日增强。近些年来，摩托车、空调器、汽车、燃气用具为越来越多的人所熟悉，这些产品因泄漏造成的危害和灾难也给人们敲响了警钟。 生产厂家为了提高产品质量于是采用“浸水检漏”来发现不合格工件，这就是通常所说的“水检”，这种检测工艺已经有了近百年的历史。七十年代中后期，一些工业技术发达国家为了克服“水检”工艺存在对工件的后续作业带来的一些弊病，先后开始研究代替“水检”的新工艺、新设备。 九十年代初，用洁净干燥空气作为工作介质对工件的容腔，比如：摩托车的发动机缸体、汽车的发动机缸体、散热器、刹车系统、蒸发器、燃气用具等进行密封性能检测的工艺已经成熟，并有一些相应的检测设备陆续问世。 一、气体密封性能检测原理 1、理想气体状态方程 在普通物理学的概念上，通常任何物质都具有固态、液态和气态，而气态是物质存在的各状态中较特殊的状态，它本身既无一定形状、也无一定体积，它的形状和体积完全取决于盛装气体的容器。任意数量的气体都能被无限地膨胀而充满于任何形状大小的容器之中。 为了对气体进行客观细致的研究，需要对客观气体分子进行一些假设限定，这些经过限定了的气体称为“理想气体”。而描述“理想气体”状态变化规律的数学议程式，称为“理想气体的状态方程”。即： PV/T=R 式中R是气体普适常量，即对所有气体均普遍适用的常量。 对于质量为M，分子量为μ的气体，则表述为： PV=M/RT 式中常量R的数值取决于P，V，T等所用的单位。在国际单位制中，P的单位用Pa，V用m3，T用K，则R=8.314 J/K.mol。 盖?吕萨克定律 从理想气体状态方程可以推导出，一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积跟热力学温度成正比。 即：若P1=P2,则：V1/T1=V2/T2 上式中P1、V1、T1表示气体在初始状态下的压力、体积和温度；P2、V2、T2表示该气体在最终状态下的压力，体积和温度。这个方程表明一定质量的气体，不管其状态
高中化学常见气体性质等总结大全
高中化学常见气体性质等总结大全 1．常见气体的溶解性 极易溶：NH3，HCl；易溶：HX，HCHO，NO2，SO2；能溶，可溶：CO2，Cl2，H2S，Br2；微溶：C2H2；难溶，不溶：O2，H2，CO，NO，CH4，CH3Cl，C2H4，C2H6；与水反应：F2，NO2，Cl2，Br2，CO2，SO2，NH3。 3．在常温下易发生反应而不能共存的气体HCl和NH3；H2S和SO2，Cl2和H2S，Cl2和HI，NO和O2，F2和H2。 2．常见气体的制取装置 启普发生器装置：CO2，H2，H2S（块状固体，热效应小）。 固－固加热装置：O2，NH3，CH4。 固－液加热装置：Cl2，HX，SO2。 固－液不加热装置：NO，NO2，CO，C2H2，SO2。 液－液加热装置：C2H4。 4．只能用排水法收集的气体：CO，N2，NO，C2H4。 5．有颜色的气体：F2（淡黄绿色），Cl2（黄绿色），Br2（红棕色），NO2（红棕色）。 6．在空气中易形成白雾的气体：HCl，HBr。 7．有刺激性气味的气体：X2，HX，SO2，NO2，NH3，HCHO；H2S（臭鸡蛋味）。 8．只能用排空气法收集的气体：NO2，H2S，HBr，HCl，NH3，CO2，Cl2。 9．易液化的气体：Cl2，SO2，NH3。 10．有毒的气体：Cl2，F2，H2S，NO2，CO，NO，Br2，HF，SO2。
11．能使品红试剂褪色的气体：Cl2，SO2。 12．在空气中易被氧化变色的气体：NO。 13．能使澄清石灰水变浑浊的气体：SO2，CO2，HF。 14．能在空气中燃烧的气体：H2，CO，H2S，CH4，C2H6，C2H4，C2H2；NH3（纯氧）。 15．在空气中点燃后火焰呈蓝色的气体：H2，CO，H2S，CH4。 16．用氧化还原反应制备的气体：Cl2，H2，O2，CO，NO，NO2；CH4，C2H4，C2H2。 17．具有还原性的气体：H2S，H2，CO，NH3，HI，HBr，HCl，SO2，NO。 18．具有氧化性的气体：F2，Cl2，Br2，NO2，O2。 19．能使溴水和KMnO4/H+溶液褪色的气体：H2S，SO2，C2H2，C2H4。 20．能使湿润的蓝色石蕊试纸变红的气体：HX，SO2，H2S，CO2，NO2，Br2。 21．能用浓硫酸制取的气体：HF，HCl，CO，SO2，C2H4。 22．不能用碱石灰干燥的气体：Cl2，HX，SO2，H2S，NO2，CO2。 23．能使AgNO3溶液产生沉淀的气体：Cl2，H2S，HCl，HBr，HI，Br2，NH3。 24．能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体：NH3。 25．能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色的气体：Cl2。 26．能用排水法收集的气体：H2，O2，CO，N2，NO，CH4，CH3Cl，C2H2，C2H4，C2H6。 27．能使酸性高锰酸钾溶液褪色的气体：H2S，SO2，HBr，HI，C2H2，C2H4。
氧化钨纳米片与石墨烯基多级复合纳米材料的构筑与气敏性能研究
氧化钨纳米片与石墨烯基多级复合纳米材料的构筑与气敏性能 研究 本论文以设计零维/二维多级纳米结构、发展高效的构筑方法为重点,针对二维纳米片材料易堆叠、功能单一等问题,以金属氧化物和金属纳米晶为第二相代表,采用微波、光化学还原等化学方法构筑结构可控、组分可调的二维氧化钨、石墨烯纳米片基多级复合纳米结构材料,系统研究了气敏性能,实现了对有毒有害气体低温、低浓度检测的有效调控。首先,以插层化学法合成的二维WO3纳米片为基体,采用微波法、光化学还原法等湿化学过程在WO3纳米片表面均匀锚固贵金属、金属氧化物纳米晶等第二相,构筑“零维/二维”多级复合纳米结构,系统研究了不同类型第二相纳米晶的含量、颗粒大小、分布等参数对气敏性能的影响规律,分析讨论了相关作用机理。 主要内容如下：(1) 贵金属修饰WO3纳米片多级纳米复合材料及其低温NO 气敏性能。采用一般湿化学还原和光化学还原法分别制备了Au@WO3和Ag@WO3多级复合纳米材料,贵金属Au、Ag纳米晶的修饰显著提高了对NO气体的响应灵敏度,降低了响应温度。 锚固在WO3纳米片表面的Au和Ag纳米晶降低了WO3基材料的电阻,实现了对氧化性气体NO的低温甚至室温下的高效检测。Au纳米晶的含量、粒径和数密度对Au@WO3传感器的NO敏感性能影响较大：低含量时产生的活性位点较少,高含量时Au纳米晶数密度上升产生的连续趋势降低电阻变化程度；1wt.%Au@WO3的复合纳米晶在～170℃对0.5-10 ppm的NO表现出最佳的气敏性能。 Ag修饰WO3纳米片材料表现出类似的NO响应规律：0.5wt%Ag@WO3复合纳米晶在25-200℃对低浓度NO气体具有较高的灵敏度和选择性。基体WO3纳米晶的