基于石墨烯的气体传感器

1、基于石墨烯的气体传感器 因为它们的原子厚度的二维共轭结构，高导电性和大的比表面积的石墨材料已广泛探索了气体传感器的制造。这篇专题文章总结了对用于此目的石墨烯材料的合成的最近的进展，并应用于制造气体传感器的技术。该组合物中，结构上的缺陷以及基于石墨烯的传感层和气体传感器的性能检测设备的配置形态的影响也将进行讨论。1引言 气体传感器，可用于检测可燃，易燃和有毒气体的设备，和/或氧的消耗.这种类型的装置也被广泛用于工业或灭火。各种材料如光学flbers，无机半导体，共轭聚合物和碳纳米材料已探索到制造气体传感器中.在这其中，基于石墨烯的气体传感器最近引起了强烈的关注，主要是由于原子厚度的二维结构和石墨

2、烯层.石墨烯的优异性能是一种独特而有吸引力的传感材料做为气体传感器。首先，石墨烯具有大的理论比表面积（2630 M2G1）。单层石墨烯片的所有原子可以被认为是表面原子和它们能吸附气体的分子，提供每单位体积的最大感测区域。其次，石墨烯片之间的相互作用和吸附可能因微弱的范德华力，以强大的共价键。所有这些相互作用的扰动将石墨烯的电子系统，该系统可以容易地MONI-tored通过方便的电子方法。第三，石墨烯的电荷载流子有静止质量为零靠近其狄拉克点和石墨烯在室温下表现出显着的高载流子迁移率（200000 cm2V？1秒1）与1012厘米？2载流子密度，对应于10的电阻率？6U.2Actu盟友，石墨烯比银

3、导电并具有在室温下的物质中是最低的电阻率 迄今已知的. 另外，石墨烯具有固有的低的电噪声，由于其高品质的晶格连同其二维结构，使得它能够屏蔽比一维对应更多的电荷波动。其结果是，少量的额外的电子可引起石墨的电导率有明显的变化。的确，一个非常小的变化所引起的气体吸附的石墨烯片的电阻甚至下降到了分子水平是可检测的。而且，石墨烯片，也可用于制造四点式设备，以有效地消除接触电阻的影响。四，化学转化的石墨烯（CCG）的材料（如还原的石墨烯氧化物或RGO），可以在大规模的成本相对较低合成。 此外，RGO片都能够被处理或组装成超薄感测层通过各种例如铸造，喷墨打印，朗缪尔 - 布洛杰特法和层- 层沉积湿法技术，从

4、而简化了制造气体传感器的过程。RGO也可以通过与其它感测组件共混或用官能团化学键接枝到调节其电子结构和相互作用与气态分析官能化。实际上，石墨烯材料已广泛用于检测有毒和爆炸性气体。在这篇专题文章基础上我们将系统地从几个方面，包括传感机制，气体传感器的制造，检测性能和未来前景的石墨烯材料，讨论气体传感器。元文京 在吉林大学化学系在2011年获得了理学士学位，获硕士学位，她目前在清华大学化学系石高全的研究小组任研究员，pH值D.候选人。她的研究兴趣主要集中在石墨烯为基础的传感器上。石高全在南京大学（中国）学位获得了pH值D理学士学位于1985年。1992年，他加入了南京大学化学系，在1995年并晋升

5、为教授，2000年，他搬到了清华在化学系教授。他的研究兴趣是导电聚合物和石墨烯材料。他于2004年获得第二等级奖中国的自然科学和中国化学会和巴斯夫公司青年知识创新奖。2 基于石墨烯传感器的机理 通过石墨烯材料气体的检测主要是基于在感测物质的吸附其电导变化。气态吸附物具有不同的组成和结构与石墨烯在不同的模式进行交互。惰性闭孔吸附像水不诱导石墨烯检测局部畸变状态，它们影响石墨烯的电导通过摇匀石墨烯片内或片石墨烯及其基板之间的电子。另一方面，开放细胞吸附物例如NO 2，碱金属和卤素有化学活性的;他们可以充当这有助于电子或空穴对石墨和改变其电子浓度为临时掺杂剂。这些分子结合石墨烯的离子，但与石墨烯条带

6、杂交弱。另一种吸附物是共价键吸附，包括H和OH自由基，它可以形成共价键与石墨烯。石墨烯本质上是一个p-型半导体。当它被暴露于各种气体，其电导的响应方向可能是不同的。吸电子基的气体分子例如NO 2的吸附增强了石墨烯的掺杂水平，并增加其电导。另一方面，给电子性分子如NH3解原液的石墨烯，并降低其电导率。 各种石墨烯复合材料也被应用于作为传感材料，以提高基于石墨烯的气体传感器的性能。其中，石墨烯/聚合物复合材料通常具有多孔微结构，以加速在传感层中的气体扩散。在这种情况下，复合体的两种组分可以吸附气体分子，促进了传感层的电导变化。贵金属如Pt和Pd的纳米颗粒已被固定在石墨烯片以催化气体的反应，为了提高

7、感测信号。吸附石墨烯及其复合材料的表面上的氧或水分子也可以与传感分子相互作用，并向传感响应了贡献。特别是，对于石墨/金属氧化物复合材料，氧的吸附，有时是用于实现检测反应是至关重要的。所吸收的氧分子被捕获从金属氧化物的电子可能转化为离子物质。引入检测的气体种类后，在金属氧化物的表面上的电子浓度改变，因为气体和被吸附的氧离子之间的相互作用，并导致传感层的电导变化。3 石墨烯为基础的传感器的配置 化学电阻是气体传感器的使用最广泛的配置。在这种情况下，气态分析物通过测量诱导的吸附气体分子传感层的电阻变化进行检测。这种类型的传感器的优点是其简单的制作和直接测量。图一示出了四点电阻的叉指式气体传感器的结构

8、。甲微小尺寸的加热板被引入装置来控制感测的温度。该传感器可以用于检测NO 2，NH 3，二硝基甲苯（DNT），传感器的性能强烈地依赖于温度。图一场效应晶体管（FET）也被应用于用于感测气体。在这种情况下，FET的漏极电流依赖于栅极偏置，并且它可以通过暴露于目标气体被有效地改变。 FET传感器的性能强烈地依赖于器件的开/关电流比率。较高的开/关比，通常可以向更高的灵敏度。几种方法已经被用来创建能隙在石墨烯片来实现开/关比的场效应晶体管器件，包括常规纳米光刻图案化，合成石墨烯纳米带和分离从散装石墨微小的石墨烯片高。在石墨烯片的电荷载体是因为其独特的原子厚的二维结构的双极性，并且电荷密度可以通过电视

9、场中的应用被连续调节。这些特性使得石墨烯利于场效应晶体管的制造。图1b示出了一个基于石墨烯的FET传感器的结构，并已经申请了NO 2的检测。在此传感器中，RGO血小板的悬浮网络担当了导电沟道由桥接源极和漏极电极。当NO 2分子被吸附到石墨烯片的表面上，局部载流子浓度增加，该信号可以由一个晶体管之类的设备进行监控。电子或空穴可以作为在石墨烯场效应晶体管的主要电荷载体取决于栅极电位（VG）的值。在高正卵黄蛋白原在正模式下运行的石墨烯FET表现出卓越的性能为氨的检测与在P-模式相比。这主要是由于这样积极V glowers石墨烯的功函数，减小石墨烯和NH 3，并降低NH 3脱附的屏障之间的电子转移阻挡

10、的事实。图二微/纳米器件比传统设备的各种优点。与纳米结构单元的大面积图案的功能微结构是一种很有前途的技术，为大规模生产微/纳米器件。 O'Neill等人。展示了一种聚二甲基硅氧烷（PDMS）为基础的压印法来图案RGO薄膜，它适合于RGO电子的可伸缩的制造。它们制造的氨传感器的基础RGO薄膜晶体管通过基于PDMS的印迹方法后跟一个简单的掩模屏蔽处理（图1c）的阵列上。在暴露于1000ppm的NH 3传感器表现出约10的电导下降。表面功函数（SWF）变化的晶体管也被用来作为气体传感器。的SWF传感器的示意图示于图1D。甲石墨烯层具有p型性质;因此，目标分子的吸附可以改变其表面的偶极矩和电子

11、亲和势，导致增加了石墨烯的表面的功函数。在基于SWF的气体传感器能在10秒内获得快速感测响应。这种现象可以归因于一个事实，即响应主要归因于改变传感层，独立的分子扩散到本体的表面的电子特性。图三表面声波（SAW）技术也被研究用于气体的检测。气体感测由这种类型的传感器是根据所引起的质量变化和/或在暴露于气体分子的传感层电导变化的频率的变化。坎儿报道的SAW传感器对CO和H2的检测。感测响应进行测量，为约1.7或向1的H2或1000ppm的CO。尽管两种气体的还原性质7.0赫兹，频率偏移的方向是不同的。这种现象可作如下解释。一个SAW传感器响应两者质量和表面电导变化。但是，CO的分子量比H 2的高1

12、4倍。因此，在一氧化碳反应的主要因素是质量的变化，而H 2的反应，主要是由于石墨烯的电导变化。如今，大多数基于石墨烯的气体传感器具有薄的层结构。一个单独的原始或CVD石墨烯片可以被转移到一个刚性或柔性的衬底，以形成传感层。然后金属电极沉积在石墨烯的表面上带有一个荫罩来构造最终传感装置。CCGS的薄层可以从他们的悬浮液通过滴铸，旋涂法，喷涂法或浸涂法来制造。在这种情况下，刨床或立体声叉指式电极直接用作电流收集器。散装石墨烯材料也已被应用于用于制造气体传感装置。例如，石墨烯泡沫体具有连续的三维网，制备了CVD法和镍泡沫体用作模板。这些泡沫体具有较大的孔隙率，并且气体分子可以容易地扩散到内部的石墨壁

13、的表面，以有助于感测信号。4 基于原始的石墨烯气体传感器海姆和同事通过机械剥离制备高品质的单层石墨烯在2004年。他们剥去片段目石墨与胶带分离单层石墨烯片具有近乎理想的晶体结构。2007年，Novoselov等。所使用的机械剥离的石墨烯，用于检测气体。他们声称，这种基于石墨烯的气体传感器具有检测限（LOD）低至每十亿分之一（ppb）的部件，并且该值是可比的那些曾经报道的最敏感气体传感器。为了的石墨烯为基础的气体传感器ND的根本LOD，他们进一步通过霍尔几何形状提供给附近的狄拉克点电荷的载流子密度的变化最强烈的反应优化的传感装置。此外，退火的少层石墨烯涂覆以减少接触电阻和高的驱动电流被用来抑制约

14、翰逊噪声。图。图2a示出在曝光后的长期测量的阶梯状变化的电阻，以极稀NO 2气体。网格线对应于其中通过加入一个电子电荷所引起的变化RXY（霍尔电阻率）。蓝色曲线在图2a中，记录由该装置暴露于1 ppm的NO 2在一个漏出率。所获得的数据进行分析后，他们的结论是，最佳化的传感器可以检测单个分子NO 2（图2b）。上述的开创性工作之后，其他几个团队还研究了原始的石墨烯的传感性能实验和理论，以及它们的传感器是能够检测多种气体，如NO 2，NH 3，CO 2等的。这些传感器的性能可以通过以下几种因素如温度的影响，流对象气体的速率和石墨烯片的长度与宽度的比值。巴兰丁等。报告基于原始的单层石墨，可以选择性

15、地检测不同的化学物质的蒸汽的晶体管。此外，该噪声在低频时，可作为用于提高这种传感器的选择性参数。在吸附过程中，气体的分子可以在石墨烯创建特定陷阱和散射中心，导致了波动或在电荷载体的数目或在电荷迁移率。图2c示出了不同的蒸气引起的噪声具有不同的频率特性。实线是实验数据的多项式拟合。噪声和相对电阻变化的频率范围可以作为独特的特征为不同的气体。虽然机械剥离，可用于制备高品质的石墨烯，这种方法的生产效率低的大规模生产设备的限制了它的实际应用。这个缺点可以通过经由化学气相沉积（CVD）生产高质量石墨烯片被部分破坏。在CVD技术生产金属基体上，如镍，铜，钴的石墨烯片，分解烃的蒸气在中等温度（<100

16、0）。所得到的石墨烯片可以转移到其它底物的气体传感装置的制造。它已被证明是单层CVD石墨烯片的电阻之后显著氧分子的吸附而变化。在这种情况下，O 2分子充当p型掺杂剂。根据CVD石墨烯的传感器可以检测O2与1.25LOD（以体积计，图3A）。图案化的石墨烯传感材料组成的立式石墨烯已经SiO 2或浮金表面的表面上制备的等离子体增强CVD法。这些材料表现出敏感的反应，NO2和NH3。在暴露于1NH 3（体积比），传感器电压增加，而在引入100ppm的NO 2，传感器的电压降低（图3b）。 CVD-基于石墨烯的气体传感器也已被用于选择性地从它的与甲烷或氢气的混合物检测NH 3。对于氨甲烷或氢气的灵敏度

17、比在空气中略低。这个结果表明，CH4和H2背景有一些敏感性，但NH 3为更有效地改变石墨烯的电导。这些传感器的反应取决于他们的工作条件。他们的敏感性进行了测试，是最高的在150200的温度范围内。湿度是另一个影响因素。在检测NO 2的情况下，充当电子受体和它们的影响的水和NO 2分子的溶液。相比较而言，在检测NH 3的情况下，CVD-石墨烯的电导随湿度增加，但在NH 3吸附降低。水和氨分子对石墨烯的电导相反的效果。大多数上述的CVD-基于石墨烯的气体传感器具有可逆性差，类似于基于碳纳米管的装置。热能是经常不足以克服活化能为解吸。传感器的恢复不足将使沿着具有低灵敏度不可靠的感测输出。为了解决这个

18、问题，紫外（UV）光可用于气体检测的过程中，以清洁感测层。在紫外光照射下，这两个末端的传感装置可以实现超高灵敏度。NO的LOD为通过测试，低至158 PPQ，并且该值是比由一个基于CNT的传感器相同的条件下达到较低的3倍左右。此外，该传感器也显示高的表现上检测其他气体，包括NH 3，NO 2和NO时，在38.8136个百分点的范围内的检测限。外延生长是另一种方法，对于大面积的单层或多层石墨烯的制备。当SiC衬底超高真空下加热，硅原子从重新排列为石墨烯层的衬底和碳原子升华。的石墨烯层的厚度取决于退火时间和温度。这种方法可以直接生长在SiC衬底石墨烯薄片;从而避免了制造器件之前的转印过程。基板的选

19、择范围中调整的基于石墨烯的气体传感器的性能起着重要的作用。例如，Koley报道说外延石墨烯的传感性能上生长的Si-和C-面6H-SiC组成有较大差别。上生长的Si-面的石墨烯层表现出减少10的电导在暴露于18 ppm的NO 2。然而，在相同条件下，生长在C面的石墨烯层的电导只由4.5（图3c和d）增加。对于生长在硅表面上石墨烯的强反应可以归因于它的较少的层。相反的电导变化与两个石墨烯材料的不同掺杂的状态相关联。生长在硅脸上的石墨烯片是p型，而那些生长在C面是n型。在信号方向上的变化，也观察到在暴露于不同浓度的NO 2的外延石墨烯为基础的传感器。由于电子从SiC衬底捐赠，单个的石墨烯层是n-型的

20、低载流子密度。在低氧气浓度，石墨烯层的电导在气体吸附下降显着地。然而，电导变化的方向是暴露于二氧化氮气体浓度高后相反。有人认为，石墨烯在经历增加二氧化氮浓度的N-P过渡，主要是由于二氧化氮到石墨烯的电子转移。图四5 依据有缺陷的和功能化的石墨烯材料的气体传感器在石墨烯片的缺点是气体传感重要。原始的，有缺陷和掺杂石墨烯的气敏特性进行了研究，通过理论的第一原理模拟。结果表明，有缺陷的石墨烯与CO，NO或NO 2强相互作用，但弱与NH 3。掺氮（N掺杂）的石墨烯显示出强大的与NO2结合，同时该硼掺杂（硼掺杂）的石墨烯表现出增强的与NO，NO 2和NH 3的相互作用。还利用密度泛函理论研究CO在铝掺杂

21、（Al掺杂）石墨烯的吸附。他们发现CO可以强烈形成的Al-CO键吸附在Al掺杂石墨烯。此强相互作用诱导的显著变动在石墨烯的电导率，这意味着一个高灵敏度的CO检测。相反，CO分子被弱吸附到原始的石墨烯具有小的结合能和石墨烯片和CO分子之间较长的距离。图五探索的缺陷（包括点缺陷和线缺陷）上石墨烯的传感性能的影响，Masel和同事相比PRIS-齿石墨和多晶石墨烯有皱纹（图4a）的传感响应。他们证实，基于石墨烯的气体传感器的灵敏度取决于对石墨烯的缺陷的类型和几何形状，用于检测有机化合物的蒸气。纯净的石墨烯，只有少数的点缺陷是不敏感的1,2 - 二氯苯和甲苯的蒸气。然而，感测响应，可以大大通过引入线缺陷

22、的石墨烯片，因为减少围绕这些缺陷的传导路径的增强。为了进一步提高灵敏度，石墨烯片切成条带，其宽度在2至5毫米的范围内。因此，感测响应于1,2 - 二氯苯较未图案化的CVD石墨烯（图4b）的增加了2倍。臭氧处理是一种有效的技术，以诱导含有含氧官能团的石墨烯的表面上。这是一个非常实用和有效的方法，以提供含氧官能团的不只是在边缘上的均匀分布，而且在石墨烯片的整个基底面。依据臭氧处理过的石墨烯的气体传感器表现出显着的加强与未处理的相比传感表演。该传感器为200 ppm的NO2的比例反应是强2倍，响应时间是八倍比那些质朴的石墨烯传感器的更快，1.3 ppb的低检测限达到了（图5a和b）所示。这些性能的改

23、善归因于由含氧团体提供有利的气体吸附位点。RGO可以以较低的成本和大规模制备。因此，它是一种很有前途的材料用于制造气体传感器具有实际应用价值。GO是RGO的前体，它通常是通过石墨的氧化用高锰酸钾在酸性介质中合成的。与原始的石墨烯相比较，走的是由大量的羟基和环氧基团上的基面的sp3杂化的碳，并在板材边缘的sp2杂化的碳羰基和羧基氧化。这些官能团提供了活性位点作进一步功能化和气体吸附。然而，GO的电导是因为该共轭电子结构的这些含氧基团的干扰非常低，使得它不适合用在电子器件中的应用。化学或热还原GO是一种有效的方法，因为不完整的减少部分恢复其导电性，同时在对应对应的RGO仍然存在一定量的含氧官能团的

24、。此外，还原过程可以引入一些空位和结构缺陷，也可以作为吸附位点。它表明，气体分子与石墨烯的高能量缺陷的相互作用从那些具有共轭碳结构显着不同。缺陷吸附占主导地位的石墨烯的电响应。然而，从缺陷解吸比从原始的sp2杂化结构要慢得多。因此，缺陷密度的最优化是有效的路径，以平衡的灵敏度和RGO系气体感光芯片的恢复率。希恩等。通过沉积从它们的水性分散体的绝缘基板上GO薄片以形成连续的薄膜，然后用水合肼蒸气还原为不同的时间制造的RGO基于气体传感器。在RGO张化学活性氧缺陷赞成选择性地检测不同的分子。HCN分子弱与原始的的sp2碳结构进行交互，而强烈的RGO的缺陷。有机磷与这些石墨烯材料的相互作用遵循相反的

25、趋势。还观察到，这种RGO基于传感器的噪声电平大大的增加薄膜厚度减小。张和同事开发了一种气体传感器，依据对苯二胺降低GO（PPD-RGO）0.107一滴干燥方法被用来创建叉指式电极阵列之间的PPD-RGO片（图5c）中的导电网络。依据PPD-RGO传感器（表示CRG）表现出4.7或3.3倍强响应30或10ppm的二甲基甲基膦酸酯（DMMP）与依据肼还原好传感器（表示CRG-2，图5d）相比。此外，前传感器的响应重复性比后者的要好得多。 PPD是一种弱还原剂比肼，而导致形成RGO的更多含氧群体和结构缺陷。这些有缺陷的PPD-RGO的结构所提供的传感器具有更高的感知性能。在另一种情况下，抗坏血酸被

26、用作弱还原试剂和喷墨印刷是用于制备RGOLMS上灵活的基板（例如聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET）0.53将所得流明施加用于制造灵活的气体传感器。这些装置可以可逆地和选择性地检测化学腐蚀性的蒸气，如NO 2，氯气等在100PPM至500ppb的范围检出限。然而，在这种情况下，传感器的信号恢复，是因为目标分子与石墨基材的强相互作用的慢。为了获得完整的信号恢复，UV光照射具有被执行。 Chen等人。开发了使用通过低温部分还原好了高性能的气体传感器（例如200）退火的传感层。该器件显示1.41（千兆/嘎，其中Gaand GG们，电导在空气和燃气的目标分别），灵敏度为100 ppm的NO2和全面复苏后30

27、分钟曝晒干燥的空气来实现。暴露于NO2is部分还原GO由于SP2石墨碳原子活性中心吸附二氧化氮的恢复的高响应。此外，空位或小孔是在热处理可能产生这些缺陷也可以作为气体吸附位点。图六我们小组报道依据化学修饰的石墨烯包括磺化RGO（SG）和乙二胺改性RGO（EDA-G）0.71这些传感器表现出416倍，向NO 2比RGO对方（图的响应更高化学电阻型NO 2传感器图6a）。有人指出，官能团的存在起到了传感过程中起重要作用。电子德古NO 2分子很容易被吸附到这些官能团的孤对电子。这种独特的感测机构的基础上，CCG基于传感器具有相对较好的选择性为NO 2。如可以看到的图。如图6B所示，在暴露于50ppm

28、的甲苯或水蒸汽，没有可检测的电导变化可以观察到。由于静电作用较弱，NO 2分子可以很容易地从由由于N 2的传感材料中脱离出来，从而实现了良好的可逆性（图6c）。传感层的厚度也对传感器的灵敏度有很大的影响。该传感层的传感器的灵敏度越高更薄。浸涂法已被用来获得的1-6纳米的极薄的石墨烯膜，将所得的传感器表现出高得多的灵敏度与用较厚的感测层（10至50纳米）的器件，如图6d中进行比较。实际上，灵敏度是评价气体传感器的性能的最重要的参数之一。除了变薄传感层和化学修饰，使用石墨烯的复合材料来代替纯石墨烯和优化的设备的配置也被用于改进的基于石墨烯的气体传感器的灵敏度。激光还原是同时减少和图案好膜的有效方法

29、。例如，2束激光干扰方法应用于减少，图案和纳米结构GO在柔性基板上用于制造湿度传感器。含氧基团，其是能够吸附H 2 O分子，的含量可在一定范围内通过调节激光功率来改变。通过使用一个0.2 W的激光制造设备呈现图七出快速的响应和恢复时间，由于其温和的含氧功能基团的数量。纳米结构的存在增加了表面积，提高了检测性能为好。在另一种方法中，凯恩等人采用激光划片的方法来同时减少和图案GO薄膜。电路和复杂的设计直接图案到各种柔性基板无痕迹。它们通过本方法制造的全有机灵活的叉指电极，然后把它应用为NO 2的检测。该传感器的灵敏度表现出比更先进和优化的传感器为低;然而，简单的制造工艺使得它相当优势的geous的

30、传感系统。 介绍石墨烯的缺陷另一个有效的方法是产生多孔结构。黄开发了蒸汽腐蚀方法来建立一种导电纳米多孔RGO网络（图7a和7b）。蒸RGO已终止与含氧丰富的群体边缘部位。图7c中示出了由5个或10蒸汽处理对NO2获得依据RGO和多孔RGO气体传感器的响应。所有这三个传感器暴露于二氧化氮显示电流增加。然而，基于多孔RGO设备的信号是，至少2倍以上，该RGO对应，以及更长的蒸汽处理的较高导致了更高的灵敏度，由于增加的边缘部分和蒸样品的多孔性质。 Mulchandani和同事开发了一种乙醇-CVD法生长的p-型半导体的大面积单层石墨膜。然后流明由纳米球光刻和反应离子蚀刻的组合进一步构图成纳米筛。传统

31、的CH4-CVD纳米筛主要含有从由纳米球光刻形成的纳米孔洞的边缘缺陷，而乙醇-CVD纳米网有一个额外的不饱和的晶界，由于其具有高度无序的sp3杂化和大量边缘缺陷的多晶性质。其结果是，乙醇-CVD纳米筛膜的高缺陷密度，只要它具有更多的活性位点以吸附气体分子，实现更高的灵敏度。图7E示出了四个不同的石墨烯薄膜为1 ppm的NO 2的传感响应。其中，乙醇-CVD石墨烯的纳米网具有6（DR/R0，其中DR是电阻变化和R0is初始阻力位），随后由甲烷化学气相沉积（4.5）的纳米网最强烈的反应，而没有明显的反应从2的无图案的石墨烯薄膜进行了观察。的LOD和根据对乙醇-CVD石墨烯为NO2的纳米筛装置的灵敏

32、度进行了测量，为15 ppb的和4.32ppm的1，分别和160 ppb的和0.71ppm的1至NH3。一种泡沫状的石墨烯材料具有三维网络为NH 3和NO 2的检测已有报道通过Koratkar，等。该石墨烯泡沫的泡沫镍制备的石墨烯层的CVD沉积。除去镍脚手架后，一个四点探针电阻测量技术被用于应用的石墨烯泡沫中的感测装置。泡沫的孔隙率较大，能够对气体分子渗透到整个结构，从而导致较高的灵敏度。这个装置是机械坚固的，灵活的和可容易地处理。然而，它也表现出可逆性较差。为了实现完全可逆的感测信号，进行加热处理以除去吸附物。6 依据石墨烯/聚合物复合材料的气体传感器在研究石墨烯的传感性能的过程中，约翰逊和

33、同事发现，常规光刻不可避免地乐背后的聚合物光致抗蚀剂（例如，聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）的石墨烯的表面上。这种聚合物残留物的化学掺杂的石墨烯和增强的载流子的散射，并且也作为吸附剂层用于浓缩分析物分子的石墨烯的表面上。图。图8a显示，石墨烯传感器与聚甲基丙烯酸甲酯残留表现在ppm级壬醛气相强烈电反应。此外，该反应是可逆的，并且该信号恢复时间短。然而，除去聚合物残留后，响应急剧降低。通过这项工作的启发，其他几个小组也报告了依据石墨烯和聚合物复合材料气敏器件。我们报道了GO/聚芘（GO/ PPR）的有机蒸气检测复合型传感器。该复合传感器表现出优异的性能在甲苯的选择性检测，具有与9.87高灵敏度快速，

34、线性的和可逆的反应？ 10？为4ppm1（DG/G0，图8b）。我们将此归因传感器的高灵敏度GO/ PPR复合膜的独特的微观结构。 GO的加入提高了PPR的力学性能，并导致连续多孔复合流明，这导致了不间断的传导路径产生的形成。该PPR层GO薄片可以吸附甲苯蒸汽，增加复合流明的电导。我们还制作依据GO/聚吡咯（GO/聚吡咯）从相应的水凝胶制备的复合气凝胶NH3传感器。聚吡咯气凝胶预期有由于它们的大的比表面积和高导电性的在气体传感应用范围广。然而，它们的前体（如聚吡咯的水凝胶）不能被很容易地，因为聚吡咯的不溶性的获得。在这种情况下，在吡咯单体在GO的水分散体原位聚合进行生产GO/聚吡咯复合水凝胶，

35、并依次是冷冻干燥成气凝胶。如该图所示。图8c中，化学电阻的基于GO/聚吡咯气凝胶的电阻在暴露于800ppm的NH 3增加了40的范围内600秒，并且该值是比基于纯聚吡咯流明（7），该装置的要高得多。这种阻力的增加被认为与聚吡咯的去掺杂了NH3对相关联。该传感器的高性能部分归因于复合材料的超薄聚吡咯层。更过度，毛孔粗大的气凝胶也很关键。Wlodarski和同事施加一个石墨烯/聚苯胺（PANI）纳米纤维复合材料对氢气的检测。该基复合传感器显示的16.57（DR/R0）以氢气为1了强烈的反响。相比较而言，石墨烯和聚苯胺基传感器的响应被测定为仅0.83和9.38，分别tively。既石墨烯，并与H2复

36、合互动，但相反的效果聚苯胺组件。根据复合型传感器的响应方向，它是理由，能够得出这样的结论聚苯胺传感机理是显性。石墨烯的存在增加，因为形成的聚苯胺纳米纤维具有较大的孔隙率，所述传感层的比表面积。7 依据石墨烯/金属或金属氧化物复合材料的气体传感器 金属氧化物如氧化锌，二氧化锡，氧化亚铜纳米线（NWS）或纳米棒（NRS）的一维纳米结构已广泛探讨了传感应用，主要是由于其巨大的比表面积，高的长宽比例和优异的机械灵活性。然而，这些纳米结构的低电导率通常会限制他们的表演。将它们混合以二维的石墨烯片以形成混合体系结构可以提高其感测的行为。例如，科尔等人。开发了湿法在CCG薄膜生长垂直排列的ZnO纳米棒（氧化

37、锌纳米棒）。所得到的氧化锌/石墨烯混合可以用来检测H 2 S在室温下进行。在这种情况下，氧的氧化锌纳米棒的表面上的吸附是实现优良的传感性能是至关重要的，这可能是由于被吸附的氧被从氧化锌俘获电子转化为离子物质。因此，该传感器表现出阻力增加的氧的环境。引入硫化氢后的ZnO纳米棒的表面上的电子密度增加，由于H 2 S和吸附的氧离子之间的相互作用。因此，氧化锌NR /石墨复合材料为基础的传感器的电阻降低。图八公园和同事采用CVD-石墨烯片沿与薄金属层作为垂直取向的ZnO纳米棒（氧化锌纳米棒-GR/ M）（图9a）的顶部电极0.119的混合体系结构可以维护自然保护区之间有足够的空间用于最大化其表面面积与

38、目标气体接触，允许快速和容易的气运。此外，在灵活的金属箔氧化锌/石墨烯混合可容纳反复弯曲，矫直，无机械故障，以及那些在玻璃基板上具有较高的透过率可见光。在基于混合传感器表现出9或90的响应（S¼镭/ RG，其中Ra和Rgare，电阻在空气和目标气体中分别）为10或50ppm的乙醇（图9b）。的直径和金属氧化物纳米棒分布均匀化可以显着地影响基于它们的复合材料具有石墨烯的气体传感器的传感性能。例如，二氧化锡/石墨与3不同的形态和奥尔状的SnO 2纳米结构的三维框架已被用于制造气体传感器。其中，所述复合流明由纳米棒的直径约为50纳米和285毫米的数密度2有硫化氢检测的最高灵敏度。相比之下，

39、纯二氧化锡花无石墨烯基片表现出了相对较弱的信号。图九sow和同事固定化氧化亚铜纳米线中观晶体的RGO床单和发展了他们在气体传感器应用中二氧化氮的检测。该非晶是由高度各向异性的纳米线，并拥有独特的八面体形态。响应（Ig/I01，其中Igand I0是，目前在目标气体和N 2分别）的Cu2O非晶/ RGO混合材料的为67.8，为2 ppm的NO 2，比RGO（22.5）或更高的氧化亚铜纳米线（44.5）孤单。理论计算的LOD为复合为64 ppb的有81 ppb的和82 ppb的为RGO和氧化亚铜，分别进行比较。该混合材料中显示的显著提高检测性能中的浓度小于1.2 ppm的更高。这种现象可作如下解释

40、。金属氧化物需要激活其氧离子来创建一个表面的电子耗尽层。气体分子的活性表面上的扩散是用于检测高浓度的决定性因素。由于RGO不需要氧活化，这个因素是混合氧化亚铜与非晶RGO后消除。 CNT是另一个适合于各种气体样品的检测一维结构。然而，CNT的整合到灵活的基板是因为它与金属电极接触不良的一个大问题。 Choi和同事制备了灵活的室温NO 2气体传感器依据CNT / RGO杂化薄膜。垂直排列的碳纳米管阵列通过有效地避免与金属电极接触不良CVD法直接生长在RGO薄膜。所得到的传感器表现出显着增强的灵敏度与对同行的依据纳米颗粒的成石墨烯结构的纯graphene.121团相比，是为了防止在干燥时的石墨烯片

41、的凝集的有效方法。而且这些纳米颗粒还可以提供复合材料具有新的物理和化学性能，并提高基于石墨烯的灵敏度和选择性 传感器。 RGO/SnO2和CNT/SnO2纳米粒子（纳米）复合材料已广泛用作氨的检测和NO2传感材料，H2和CO。例如，陈和他的同事RGO调整使用的SnO2纳米晶的气敏特性。被形成在所述的SnO 2（n型）和RGO（p型）的接口RGO和AP-n结的一孔耗尽区。作为一个结果，当复合物暴露于NO 2，更多的电子被从RGO吸引朝向的SnO 2，赋予更大的电导率增量比纯RGO的。另一方面，当它被暴露于NH 3，更少的电子被注入以改变其导电率与纯RGO比较。为了进一步提高选择性，铟被引入到掺杂

42、的SnO 2纳米晶体。在此基础上石墨烯的复合传感器显示出优良的选择性，用于检测NO 2与NH 3，H 2，CO和H2S.52It相比还指出，使用RGO/SnO2复合加速时UV光照射所述感测装置的回收率通过一个顺序幅度超过了基于RGO单独的设备。 122UV光照激活的SnO 2纳米颗粒的表面上的反应，并开发了RGO片和纳米颗粒之间的异质结的障碍，导致在加速传感装置的电导恢复。然而，如果的SnO 2粒子的密度提高到的逾渗阈值的值，二氧化锡的n型响应行为成为另一电通路，因此，灵敏度和复原劣化。 图十散金属类气体传感器通常是非常有效的，但它们是昂贵的。这个问题可以通过使用沉积在其他材料具有大SPECI

43、C面区域，如石墨烯纳米尺度颗粒或薄膜被绕过。贵金属装饰石墨烯纳米杂化物预期将具有高灵敏度和选择性的新型传感材料。例如，饰以铂纳米粒子（铂纳米粒子）或Pt薄膜的石墨烯片的H2检测行为进行了研究。类似的金属氧化物为基础的传感器，Pt的作用是分离H 2，通过金属导致H原子随后扩散到石墨烯片。铂NP /石墨烯复合型传感器显示（RG /镭1）的4（体积）H 216依据的Pt/ CNT（8）的高响应，两倍于传感器。在另一种方法中，柳和同事开发了一种气体传感器依据制备的对NO的检测交流电的介电电泳（AC-DEP）的Pd /石墨烯复合物。这个传感器有钯装饰RGO的敏感通道和电极都覆盖着CVD石墨烯（图10C）

44、，并且它能够检测NO浓度范围为2420 ppb的用几秒钟，在室温下响应时间。为了缩短该传感器的恢复时间，以1mA的中等电流施加进一步降低的Pd-RGO和感测信号可以？1000当前处理（图10D）之后恢复到其初始状态。掺入金属纳米粒子进入RGO也提高基于石墨烯的气体传感器的选择性的有效途径。例如，一个传感器的制作是使用RGO/银纳米粒子复合材料作为传感材料，并将其显示到NH3或NO2较高或较低的灵敏度与纯RGO的相比，改善其选择性为NH 3。8 结论及未来前景石墨烯的材料和它们的复合材料是独特的和有吸引力的传感材料用于制造传感器检测有毒，易燃或易爆气体和典型的设备和它们的性能列于表1。与常规金属

45、的相比，基于石墨烯的传感器表现出改进的性能氧化物为基础的传感器的灵敏度，可逆性和检测限等方面而且，这种传感器通常可以在室温下用低能量消耗操作。高机械强度，巨大的比表面积和优良的温度或电气容忍石墨烯材料的特性使它们有前途的不利条件下的候选气体检测。此外，大多数气体传感应用不需要高品质的石墨烯片，是因为有缺陷的部位通常是有利于气体吸附。为了这个目的，GO的化学还原是一个优先路线，得到以低成本大量有缺陷的石墨烯。尽管如此，仍然有需要为商业化石墨烯为基础的气体传感器需要解决的几个问题。首先，在气体混合物中选择性地检测特定气体的已很少被研究，并且需要这些传感器的选择性得到改善。大多数基于石墨烯的传感器的

46、感测机构是目标气体的物理或化学吸附作用。各种气体分子可以吸附在石墨烯传感层，以给出类似的电导率的变化。例如，在氧化性气体的吸附，或者NO 2或SO 2增加了石墨的电导率，同时曝晒于还原性气体，例如NH 3或H 2 S使电导下降。其结果是，不同的气体可产生相同的感测信号。石墨烯的官能化是一种简便的方法来解决这个问题。选择性的检测可以通过官能石墨烯具有捕捉剂，可以特异性地与目标气体绑定来实现。然而，官能化也有可能诱发高能量有缺陷的位点在其上的气体的解吸困难。因此，余款应在选择性和快速解吸之间加以考虑。第二，制造高性能的基于石墨烯的气体传感器，应有效地避免污染和环境的干扰的影响。常规的蚀刻技术可以离开石墨烯的传感器的表面上的不可控的污染物。虽然这些残留物必须在传感性能发挥积极作用的潜力，他们的贡献是无法控制的。此外，一些空气组分如湿气和水也可以吸附材料的石墨烯的表面上。后暴