基于石墨烯的無線氣體傳感器研究

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1、ｍ＾￡＾＾４碩士學位論文＿，＿（靡ｍ＾Ｊ基于石墨烯的無線氣體傳感器研究作者姓名張興飛學校導師姓名、職稱吳邊教授企業(yè)導師姓名、職稱黃北舉副研究員１申請學位類別工程碩士Ｉ學校代碼10701學號1502121395分類號TP212密級公開西安電子科技大學碩士學位論文基于石墨烯的無線氣體傳感器研究作者姓名：張興飛領域：電子與通信工程學位類別：工程碩士學校導師姓名、職稱：吳邊教授企業(yè)導師姓名、職稱：黃北舉副研究員學院：電子工程學院提交日期：2018年5月TheStudyofWi

2、relessGasSensorsBasedonGrapheneAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByZhangXingfeiSupervisor:WuBianTitle:ProfessorSupervisor:HuangBeijuTitle:AssociateResearchFel

3、lowMay2018西安電子科技大學學位論文獨創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學校嚴謹?shù)膶W風和優(yōu)良的科學道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研宄工作及取得的研宂成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研宄成果；也不包含為獲得西安電子科技大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料一。與我同工作的同事對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。一學位論文若有不實之處，本人承擔切法律責任。Ｐ７

4、廣（本人簽名：），：日期西安電子科技大學關于論文使用授權的說明ｆ本人完全了解西安電子科技大學有關保留和使用學位論文的規(guī)定，ｇ卩：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權屬于西安電子科技大學。學校有權保留送交論文的復印件，允許查閱、借閱論文，；學校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容允許采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。同時本人保證，結(jié)合學位論文研宄成果完成的論。文，署名單位為、發(fā)明專利等成果西安電子科技大學保密的學位論文在。＿＿年解密后適用本授權書息夢、本人簽名：冰

5、和導師簽名：、＾丄、日期：日期：摘要摘要隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，無線傳感網(wǎng)絡的需求不斷增長。傳感器作為無線傳感網(wǎng)絡的核心部件，其性能好壞直接影響整個系統(tǒng)的功能，因而在通信、生物醫(yī)學、環(huán)境檢測、人工智能等領域應用廣泛。在氣體傳感器應用中，一方面需要開發(fā)高靈敏度的敏感材料，另一方面對某些有毒氣體需要實現(xiàn)無線傳感的功能，以在氣體檢測中降低2對人體的傷害。石墨烯（Graphene）作為一種碳原子，是以sp雜化的形式組成六邊形蜂巢晶格的二維材料，具有電子遷移率高、比表面積大等特點，在氣體傳感檢測中具有很

6、高的靈敏度。當氣體吸附在石墨烯表面時，石墨烯的表面電阻率會發(fā)生變化，因此可以作為氣體傳感器的敏感材料。本文中，基于氧化還原石墨烯與納米銀顆粒制備的混合傳感材料，并將其與叉指電極和貼片天線相結(jié)合，實現(xiàn)了高靈敏度的氣體傳感和長距離無線傳感。論文主要研究內(nèi)容包括：（1）系統(tǒng)介紹了常用的三種無線傳感天線，分別是線圈天線、偶極子天線和微帶貼片天線，并分析了每種天線的工作原理，線圈天線主要是基于電磁感應，而偶極子天線和微帶貼片天線主要是基于反向散射。從工作原理上看，線圈天線的無線傳感距離較近，而另外兩種天線形式可以實現(xiàn)

7、相對較遠的無線傳感。然后對無線傳感天線的主要涉及參量進行了詳細介紹，主要包括阻抗、輻射效率、增益、方向性和識別距離。（2）制備了氧化還原石墨烯分散液，用噴墨打印機在柔性襯底上打印叉指電極，將氧化還原石墨烯分散液和納米銀導電墨水混合后作為氣體敏感材料，通過滴涂成膜的方法覆蓋在叉指電極表面，最后在自制的密閉腔室內(nèi)測試了材料的傳感性能。結(jié)果顯示，基于叉指電極形式的氨氣傳感器在15ppm、50ppm、100ppm和200ppm濃度氨氣下的響應分別為4.25%、6.1%、10.08%和14.7%，有著較高的靈敏度，并

8、且具有較好的柔性性能。（3）首先，設計和仿真了一款基于偶極子天線的無線柔性氣體傳感器，通過仿真初步驗證了其特性，隨后用噴墨打印機進行了制備，最后對其進行了測試，測試結(jié)果并不理想。其次，設計了一款高性能的微帶貼片天線，在該貼片天線終端位置加載了石墨烯混合傳感材料rGO/Ag-ink。在有線測試中，該天線在200ppm濃度氨氣下，諧振頻率頻移了10MHz左右。然后通過兩個天線進行無線傳感測試，通過發(fā)射天線反射系數(shù)的變