MXene纸基气体传感器的制备与应用研究

作     者：王勋 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏浩;亓峰

授予年度：2018年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：类石墨烯 纸芯片 气体传感器 

摘      要：随着化工产业的高度发展,有机废气排放造成的空气污染已经危及到人们的身体健康和生活环境。有毒的挥发性气体如氨气、酰胺类气体、含硫含氮化合物气体等,属于大气环境中高度危险的气体。因此,实时有效的监控大气中有害气体成分和浓度显得愈发重要。气体传感器是一类可以在有限范围内实时检测特定种类气体的存在以及浓度变化的电子设备,是有效探测大气所含气体成分和浓度的主要手段之一。针对目前气体传感器存在的适用温度高、检测灵敏度较低、制作成本高及制作步骤复杂等问题,发展新材料与新加工工艺来制备新型气体传感器越来越受到研究者的关注。本论文中,我们将新型的二维纳米材料类石墨烯(TiCT)作为新型的传感基元,并借助于打印、抽滤等方法,制备了含类石墨烯阵列的纸基气体传感器。通过对于TiCT的表面功能化修饰,有效地提高了纸芯片对于气体检测的灵敏度和选择性,实现了低成本、高选择性、高灵敏度新型气体传感器的制备。论文的第一部分,我们围绕TiCT的表面功能化修饰展开。借助于TiCT多层多孔结构所提供的较大的比表面积和大量的反应活性位点,及简单的表面化学反应,在其表面定向地引入了较多的羧基或氨基基团。通过红外、光电子能谱分析等测试手段,证实了我们已将上述基团成功地修饰到了TiCT表面,以期其可以有效地提高TiCT对气体的选择性和检测灵敏度。论文的第二部分,我们围绕含TiCT的纸基芯片的气体传感性能的测试展开。借助于尺寸可控的打印模板以及抽滤等方法,成功地在滤纸表面形成间距可调的传感芯片。通过电化学测试等技术,实现了在室温下,对于超低浓度氨气的快速响应,最低可以实现对于43 ppb浓度的氨气检测。另外,由于肉类食物在变质过程中会释放一定的胺类气体,因此该芯片还可以实现对于肉质新鲜程度的检测,通过实验证实了我们的纸芯片可以有效地进行肉类食品新鲜程度的检测,具有一定的推广实用意义。