石墨烯传感器及其在物联网中的应用

第1章　绪论/　001
1.1　石墨烯的发现与结构 002
1.2　石墨烯的性能 004
1.2.1 电学性能 005
1.2.2 力学性能 005
1.2.3 光学性能 006
1.2.4 热学性能 006
1.3　石墨烯应用于传感器领域的优势 007
本章小结 008
参考文献 009

第2章　石墨烯传感器研究与发展概况/　011
2.1　石墨烯传感器的分类 011
2.2　石墨烯传感器的工作特性 012
2.2.1 静态特性 012
2.2.2 动态特性 014
2.2.3 时间稳定性 016
2.2.4 工作条件的适应性 017
2.3　石墨烯传感器的研究概况 017
2.3.1 石墨烯光电探测器 017
2.3.2 石墨烯力学传感器 018
2.3.3 石墨烯液体传感器 020
2.3.4 石墨烯气体传感器 021
2.3.5 石墨烯湿度传感器 023
2.4　石墨烯传感技术的发展趋势 024
本章小结 025
参考文献 025

第3章　石墨烯光电探测器/　027
3.1　石墨烯光电探测器的研究现状 027
3.1.1 原理与分类 028
3.1.2 应用领域 028
3.1.3 材料选择与设计 030
3.2　石墨烯/硅异质结型光电探测器 039
3.2.1 器件模型 039
3.2.2 能带结构及工作原理 040
3.2.3 性能检测及评估指标 042
3.2.4 性能测试系统 044
3.3　界面氧化层改进石墨烯/硅异质结光电探测器 044
3.3.1 界面氧化层的引入 045
3.3.2 制备方法 047
3.3.3 模型分析 048
3.3.4 光电探测器性能分析 050
3.4　二氧化钛纳米粒子增强石墨烯/硅异质结紫外探测 060
3.4.1 器件模型 061
3.4.2 二氧化钛纳米粒子对器件紫外探测性能的影响 064
3.4.3 能带结构及机制分析 070
3.4.4 二氧化钛层厚度对性能的影响 071
3.5　还原氧化石墨烯/硅异质结光电探测器 073
3.5.1 制备方法 073
3.5.2 还原温度对石墨烯薄膜性能的影响 074
3.5.3 还原温度对器件性能的影响 079
3.5.4 器件在不同工作条件下的性能表现 085
3.5.5 还原氧化石墨烯/硅异质结的结特性 087
3.5.6 还原氧化石墨烯/硅异质结的1/f噪声特性 091
本章小结 093
参考文献 094

第4章　石墨烯力学传感器/　101
4.1　石墨烯力学传感器的研究现状 102
4.1.1 研究背景 102
4.1.2 原理与分类 103
4.1.3 材料选择与设计 106
4.2　石墨烯力学传感性质 111
4.2.1 完美晶格石墨烯 111
4.2.2 多晶石墨烯 113
4.2.3 石墨烯宏观体 114
4.2.4 性能检测及评估指标 116
4.3　类鱼鳞结构石墨烯薄膜力学传感器 119
4.3.1 制备方法及器件组装 120
4.3.2 形貌调控 121
4.3.3 性能测试 122
4.4　编织结构石墨烯力学传感器 124
4.4.1 制备方法及器件组装 125
4.4.2 性能测试 125
4.4.3 机制分析 131
4.5　三维多孔结构石墨烯力学传感器 142
4.5.1 制备方法 142
4.5.2 各向异性大孔石墨烯力学传感行为及机理 147
4.5.3 球形大孔石墨烯力学传感行为及机理 150
4.6　石墨烯基电子皮肤 151
4.6.1 分布式力信号探测 151
4.6.2 微小变形的探测 154
4.6.3 大变形的探测 161
本章小结 163
参考文献 163

第5章　石墨烯化学传感器/　171
5.1　石墨烯化学传感器的研究现状 171
5.1.1 研究背景 171
5.1.2 原理与分类 172
5.1.3 研究现状 172
5.2　石墨烯试纸液体传感器 173
5.2.1 制备方法 174
5.2.2 结构表征 176
5.2.3 液体识别系统 177
5.2.4 液体识别原理 181
5.2.5 液体识别中的应用 185
5.2.6 饮品质量检测中的应用 191
5.3　还原氧化石墨烯/硅异质结气体传感器 194
5.3.1 器件模型 194
5.3.2 伏安特性在不同气体中的变化 195
5.3.3 电流响应在不同气体中的变化 197
5.3.4 电流响应随气体流量的变化 199
5.3.5 电流响应随气体浓度的变化 201
5.3.6 电流响应随时间和偏压的变化 202
本章小结 203
参考文献 203

第6章　石墨烯湿度传感器/　207
6.1　石墨烯湿度传感器的研究现状 207
6.1.1 研究背景 207
6.1.2 原理与分类 208
6.1.3 研究现状 208
6.2　褶皱石墨烯湿度传感器 211
6.2.1 褶皱石墨烯的制备与转移 211
6.2.2 褶皱石墨烯的表面形貌表征 214
6.2.3 褶皱石墨烯的光谱表征 215
6.2.4 褶皱石墨烯的电阻、透光率与润湿度表征 217
6.2.5 传感器件的制备及测试方法 219
6.3　湿度传感的特点与机制 221
6.3.1 表面均匀微水滴的形成 221
6.3.2 表面均匀微水滴的快速蒸发 223
6.3.3 湿度传感机制 226
6.3.4 湿度传感器的响应幅度 229
6.3.5 湿度传感器的响应回复速度 230
6.3.6 湿度传感器的稳定性 232
6.4　在呼吸监测与动作传感中的应用 235
6.4.1 可穿戴呼吸监测传感器 235
6.4.2 基于体表水分蒸发的动作传感器 239
本章小结 241
参考文献 242

第7章　石墨烯传感器的未来/　245
7.1　发现新传感机理 246
7.2　智能化 246
7.3　仿生化 247
7.4　柔性化 249
7.5　网络化 250
7.6　石墨烯传感器在物联网中的应用 251
本章小结 253
参考文献 253