氧化石墨烯濕度傳感器和執(zhí)行器的制備與應(yīng)用

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1、分類(lèi)號(hào)：TN389單位代碼：10183研究生學(xué)號(hào)：2015511024密級(jí)：公開(kāi)氧化石墨烯濕度傳感器吉林大學(xué)和執(zhí)行器的博士學(xué)位論文制備與應(yīng)用韓冬冬韓冬冬吉林大學(xué)2018年6月氧化石墨烯濕度傳感器和執(zhí)行器的制備與應(yīng)用Fabricationandapplicationofgrapheneoxidebasedhumiditysensorsandactuators作者姓名：韓冬冬專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)研究方向：仿生石墨烯機(jī)器人指導(dǎo)教師：徐淮良教授學(xué)位類(lèi)別：理學(xué)博士培養(yǎng)單位：電子科學(xué)與工程學(xué)院論文答辯日期：2018年6月3日授予學(xué)位日期：年月日論

2、文評(píng)閱人：答辯委員會(huì)組成：教授上海交通大學(xué)主席：楊景海教授吉林師范大學(xué)中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)教授清華大學(xué)委員：寧永強(qiáng)研究員械與物理研究所中科科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研教授大連理工大學(xué)謝志元研究員究所馬琰銘教授吉林大學(xué)金光勇教授長(zhǎng)春理工大學(xué)石巖教授長(zhǎng)春理工大學(xué)中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)秦莉研究員械與物理研究所未經(jīng)本論文作者的書(shū)面授權(quán)，依法收存和保管本論文書(shū)面版本、電子版本的任何單位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)博

3、士(或碩士)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日《中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》投稿聲明研究生院：本人同意《中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》出版章程的內(nèi)容，愿意將本人的學(xué)位論文委托研究生院向中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤(pán)版）電子雜志社的《中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)

4、據(jù)庫(kù)》投稿，希望《中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》給予出版，并同意在《中國(guó)博碩士學(xué)位論文評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)》和CNKI系列數(shù)據(jù)庫(kù)中使用，同意按章程規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。論文級(jí)別：□碩士■博士學(xué)科專(zhuān)業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)論文題目：氧化石墨烯濕度傳感器和執(zhí)行器的制備與應(yīng)用作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：年月日作者聯(lián)系地址（郵編）：作者聯(lián)系電話：摘要氧化石墨烯濕度傳感器和執(zhí)行器的制備與應(yīng)用石墨烯是一種單原子層厚的二維碳晶體，是構(gòu)成石墨，碳納米管等sp2雜化碳材料的基本構(gòu)成單元。自從2004年單層石墨烯被成功制備以來(lái)，研究者們對(duì)石墨烯材料進(jìn)行了廣泛的研究，由于具有一系

5、列獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)，石墨烯一度成為各領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)材料。作為石墨烯的衍生物，氧化石墨烯更是由于可以批量制備、水溶液分散、易于加工和物理化學(xué)性質(zhì)可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，成為石墨烯器件開(kāi)發(fā)的重要材料之一。然而，通過(guò)對(duì)氧化石墨烯基本性質(zhì)、制備方法、還原方法、器件制備與應(yīng)用等方面的總結(jié)梳理，我們發(fā)現(xiàn)，基于氧化石墨烯還原技術(shù)的石墨烯器件開(kāi)發(fā)仍然面臨（1）氧化石墨烯性質(zhì)調(diào)控手段單一、（2）石墨烯還原過(guò)程與器件制備技術(shù)不兼容、（3）石墨烯器件制備過(guò)程繁瑣、（4）石墨烯器件應(yīng)用范圍仍需拓展等幾方面問(wèn)題。例如，氧化石墨烯與水分子之間存在較強(qiáng)的相互作用力，這使得

6、氧化石墨烯材料在濕度傳感器與濕度執(zhí)行器領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，然而要想實(shí)現(xiàn)水分子與氧化石墨烯電學(xué)、力學(xué)特性關(guān)系可控調(diào)諧，需要對(duì)氧化石墨烯表面、界面特性進(jìn)行可控剪裁，具體體現(xiàn)為氧化石墨烯材料含氧官能團(tuán)種類(lèi)、數(shù)量、分布的精準(zhǔn)調(diào)控，然而，現(xiàn)有的氧化石墨烯性質(zhì)調(diào)控方法，如化學(xué)還原方法、熱還原方法與光還原方法還無(wú)法實(shí)現(xiàn)上述要求。因此，基于氧化石墨烯的濕度傳感器和執(zhí)行器的研發(fā)受限。針對(duì)上述問(wèn)題，我們從水分子與氧化石墨烯相互作用基本原理入手，開(kāi)展一系列實(shí)驗(yàn)工作，通過(guò)對(duì)氧化石墨烯表面、界面特性的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)石墨烯濕度傳感器和執(zhí)行器等器件開(kāi)發(fā)。主要成果具體如下：1.陽(yáng)光還原

7、氧化石墨烯制備濕敏器件。聚焦陽(yáng)光實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯的可控光還原，通過(guò)調(diào)節(jié)太陽(yáng)光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)對(duì)還原氧化石墨烯材料結(jié)構(gòu)、氧含量、導(dǎo)電性進(jìn)行調(diào)控。利用上述技術(shù)，制備基于還原氧化石墨烯的濕度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度傳感器的靈敏度和響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間調(diào)控。陽(yáng)光還原氧化石墨烯制備濕度傳感器不需要特殊的儀器設(shè)備和繁瑣的制備過(guò)程，整個(gè)制備過(guò)程十分簡(jiǎn)單和綠色環(huán)保，制備的濕度傳感器表現(xiàn)出良好的器件穩(wěn)定性。最后，通過(guò)將還原氧化石墨烯濕度傳感器與電路進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)人體手指濕度識(shí)別功能、濕度控制器、濕度探測(cè)器、電子I口琴等器件應(yīng)用。2.利用可控光還原技術(shù)制備濕度響應(yīng)氧化石墨烯薄膜。利用氧化

8、石墨烯膜透過(guò)率隨膜厚度的增加而降低的特點(diǎn)，通過(guò)可控光還原技術(shù)對(duì)氧化石墨烯表面/界面含氧官能團(tuán)進(jìn)行有效剪裁，一步直接制備含氧官能團(tuán)梯度分布的氧化石墨烯/