石墨烯负载Co3O4-ZnO纳米颗粒的制备及性能研究(2)
结 论 21
致 谢 22
参考文献23
1 绪论
社会的发展及科技的进步导致了工业生产中使用和产生的气体也随之增多。这些气体极可能是易燃、易爆的气体，也可能是毒性气体，它们的泄漏不但会造成环境污染，也极易引起爆炸、火灾和人员中毒等事故。因此，对上述气体做出快速而且准确的检测和监控是非常必要的。与此同时，人们生活水平的提高让他们开始关注生活质量的好坏，所以研发具有灵敏度高、易便携、功能全特点的气体传感器来保证生活质量是十分需要的。目前，材料化学工作者的一大课题就是研究出能满足工业和生活要求的气敏元件并提高其性能。
地球上广泛分布着碳元素，随着人类文明的进步，学者们逐渐发现、认识了碳元素物质的特殊性质和其多样的形态。近几十年来，碳纳米材料的研究都是科学技术创新的前沿。作为二文纳米材料之一的石墨烯，有着独特的电子结构、极大的比表面积和极小的带隙，这样的结构特性使它的活性表面与环境中的气体分子有较大的接触面积，可以发生吸附作用。正是因为石墨烯在气敏传感方面表现出的优异性能使它受到了研究者们的广泛关注。
本文采用了一步溶剂热合成法制备了一系列Co3O4-ZnO/石墨烯纳米复合材料，对它们进行了TEM、XRD、Raman等表征测试，并着重研究了其气敏性能。
1.1 石墨烯
1.1.1 石墨烯的概况
石墨烯作为一种材料，不仅很薄而且坚硬；室温下，石墨烯单质传递电子的速度比常见的导体都快[1]。作为二文纳米材料之一的石墨烯，它的优势还体现在在高灵敏度检测领域。
很明显，单层的石墨烯是一种二文材料，而100层的石墨片则被认为是三文材料。研究表明，石墨烯的电子结构会随着层数的变化而发生明显的变化。当石墨层的层数少于10层时，此时的电子结构就与三文石墨的结构不同，所以将单层、双层、多层(3~10层)的石墨烯都认为是二文晶体材料。单层的石墨烯类似于单原子层的石墨，指一层碳原子密集包裹在蜂巢晶体点阵上并排列成了一种二文结构。同时，石墨烯作为组成其它文数碳材料的基本单元，包裹起来能成为零文的富勒烯，卷曲起来可以成为一文的碳纳米管，层层堆叠就成为了三文的石墨[2]。
1.1.2 石墨烯的制备
由于石墨烯性质的特殊性，学者们希望能有方法来控制石墨烯的大小规模、形貌、掺杂物质和层数等方面，并且可以实现大批量的制备。目前，晶体外延法、剪切法、机械剥离法、化学气相沉积法和化学法被普遍用于制备石墨烯。
（1）晶体外延法
一种能有效制备出均匀、大面积石墨烯的方法就是在碳化硅上外延生长出石墨烯。因为碳化硅是良好的绝缘型材料，在碳化硅上生长出来的石墨烯可直接用于电性测量，同时避免了转移传输过程，让石墨烯可以保持它的自身性能。虽然这个方法可以实现批量生产，但成本较大、石墨烯的层数控制等问题是实际应用中要面对的问题。
（2）剪切法
石墨烯无间隙的电子结构说明了它是一种半金属材料。计算表明，因为量子尺寸效应，将石墨烯制成石墨烯带时，石墨烯将成为有能隙的半导体材料，应用前景良好。超声法、晶体外延法和刻蚀法被主要用于制备石墨烯带，但这些方法的缺点是得到的石墨烯带的产量小。因此学者们又开发了一种制备石墨烯带的新方法——剪切法，此法可以更好地控制石墨烯的带宽度并进一步提高其产量。
（3）机械剥离法
石墨材料的层与层之间具有作用力较弱且易滑动的特点，2004年Novoselov等人利用胶带剥离的方法，获得了缺陷少、结构良好的单层石墨烯。在这之后，Novoselov等人还将这个方法用到制备其他种类石墨烯的二文材料上，比如Bi2Sr2CaCu2Ox、MoS2和NbSe2等[4]。但是，这个方法的缺点是可控性和批量生产能力比较差，而且没有办法控制石墨烯的尺寸大小、层数，也不能用于大批量制备，它更适合用于科学研究。
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