Cu-Sb-S量子点/石墨烯复合材料的气敏性能研究任务书

 2021-08-22 11:08

1. 毕业设计(论文)主要内容:

由于生产和生活的安全隐患而导致的事故屡见不鲜,人们对于生产安全和环境污染等问题愈发关注。易燃易爆气体和有毒气体的检测、监控、报警尤为重要,这些气体的检测就依赖于高品质的气体传感器,近年来国内气体传感器发展迅速,在材料开发及气敏机理基础上,不断开发出新型气敏元件及其传感器,以期提高气敏元件的灵敏度、选择性、稳定性、降低工作温度及缩短响应/恢复时间。

目前,气敏材料主要还是以金属氧化物半导体为主,但是,该种材料具有工作温度较高,能耗较大等问题,同时也存在热稳定性和安全性等方面的隐患。而石墨烯作为二维层状材料,具有较大的比表面积,其优良的导电性能、和低的电学噪声等特点,同时其表面丰富的功能基团也为气体分子提供了活性位点,是其在较低的浓度下也具有较为良好的响应,近年来备受研究者关注。与传统的半导体气敏材料相比,石墨烯的应用可明显降低工作温度及气体的检测极限,避免噪音信号,因此备受关注,但在应用中该材料仍存在较多挑战,主要问题是:(1)石墨烯本身会存在一定的缺陷,器件相应的稳定性会受到严重影响;(2)由于电子在石墨烯二维平面中的移动阻碍较小,使得气体分子难以脱附,器件恢复时间过长,有时长达数小时。因此,石墨烯表面的功能化就显得尤为重要。

量子点被认为是能够有效的降低工作温度,同时具有一定的气敏性能的新型材料。量子点尺寸很小,这是其表面具有较高的活性,易与气体分子结合;其拥有较大的比表面积,这使其具有大量的活性位点供气体吸附;同时,其晶粒尺寸与电子的德拜长度的两倍相近,内部电子的相干性增强,其表面微小的电荷变化能够较为明显的体现在其电阻变化中。这些特性都使量子点材料具有良好的气敏应用前景。但是室温下气体检测极限较高,灵敏度较低,选择性一般等劣势是目前该材料需要解决的问题。

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2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

1.查阅不少于15篇的参考文献(其中近5年英文文献不少于3篇),完成开题报告;

2.掌握溶剂热法制备Cu-Sb-S量子点/石墨烯复合材料的方法;

3.掌握Cu-Sb-S量子点/石墨烯复合材料结构与性能的表征方法,掌握气敏测试方法;

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3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-5周:按照设计方案,制备Cu-Sb-S量子点/石墨烯复合材料。

第6-10周:采用XRD、FESEM、等测试技术对复合材料的物相、结构进行表征,利用WS-30A对复合材料气敏性能进行测试。

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4. 主要参考文献

[1] KanikaAnand,Onkar Singh,Manmeet Pal Singh, et al. Hydrogen sensor based on graphene/ZnOnanocomposite[J].Sensors and Actuators B: Chemical, 2014, 195: 409–415.[2] Qingwu Huang, Dawen Zeng, Huayao Li, et al. Room temperatureformaldehyde sensors with enhanced performance, fast response and recoverybased on zinc oxide quantum dots/graphene nanocomposites[J]. Nanoscale, 2012,4, 5651-5658.

[3] KeqiangChen,Jing Zhou,Wen Chen, et al. A green synthesis route for the phase and sizetunability of copper antimony sulfide nanocrystals with high yield[J]. Nanoscale, 2016, 8, 5146–5152.

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