研究目的
开发并评估基于石墨烯纳米带（GNR）和金修饰石墨烯纳米带（AuGNR）的室温氨气传感器，以提高氨气检测的灵敏度和性能。
研究成果
AuGNR和GNR传感器在室温下展现出高效的氨气检测能力（25 ppm浓度时响应值分别达34%和12.1%），具有良好的选择性和重复性。金催化剂的使用显著提升了传感器性能。该传感器具有室温工作低功耗的优势，在气体传感实际应用中具有潜力。未来工作可聚焦于优化合成参数、测试不同环境条件下的表现，以及探索其他催化材料以实现进一步改进。
研究不足
该研究仅限于室温条件下的运行，未评估其他温度下的性能。传感器可能对其他气体存在交叉敏感性，不过选择性测试显示其对氨气（NH3）具有良好的效果。合成工艺参数（例如高锰酸钾比例）需要优化，且未涉及大规模生产的可扩展性。虽然恢复时间尚属合理，但仍有改进空间以实现更快的传感循环。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用化学氧化法，通过高锰酸钾（KMnO4）对多壁碳纳米管（MWCNTs）进行解链处理合成石墨烯纳米带（GNRs），随后经还原形成GNRs。通过磁控溅射技术在GNR传感器表面沉积金纳米颗粒，制备AuGNR传感器以增强催化活性。
2：样品选择与数据来源：
以MWCNTs作为合成GNRs的起始材料。传感器制备于带有梳状电极的玻璃基底上。
3：实验设备与材料清单：
设备包括用于铬和金沉积的热蒸发仪、光刻装置、用于金沉积的直流磁控溅射仪、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、Keithley 6485皮安计、密封测试腔室、气体注入注射器、氨气钢瓶（1000 ppm氮气稀释）、酸类试剂（硫酸H2SO4、磷酸H3PO4）、高锰酸钾KMnO4、水合肼、氨水。材料包括MWCNTs、玻璃基底、铬Cr、金Au。
4：磷酸H3PO4）、高锰酸钾KMnO水合肼、氨水。材料包括MWCNTs、玻璃基底、铬Cr、金Au。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：合成过程包括用酸和高锰酸钾氧化MWCNTs、洗涤、离心及用水合肼还原。传感器制备包括通过热蒸发和光刻技术沉积电极、加载GNRs以及金纳米颗粒溅射。气体传感测试包括向腔室注入氨气，在5V偏压、室温及20%湿度条件下使用Keithley 6485测量电阻变化。
5：数据分析方法：
传感器响应值计算公式为(R_NH3 - R_air)/R_air * 100%。响应时间与恢复时间定义为达到最终变化量90%所需时长。数据分析内容包括灵敏度、选择性和重复性评估。
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Keithley 6485
6485
Keithley
Measuring sensor voltage variations during gas sensing tests.
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SEM
Investigating the morphology of materials such as MWCNTs, GNRs, and AuGNRs.
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XRD
Analyzing the crystal structure of MWCNTs and GONRs.
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Raman Spectrometer
Studying the quality and defects in carbonaceous materials like MWCNTs, GONRs, and GNRs.
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FTIR
Determining the oxidation and reduction levels in GONR and GNR samples.
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DC Magnetron Sputtering
Depositing gold nanoparticles onto GNR sensors to create AuGNR sensors.
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Thermal Evaporator
Depositing Cr and Au layers for electrode fabrication.
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Photolithography Setup
Creating comb-like electrode patterns on glass substrates.
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Centrifuge
Separating unreacted parts and single-layer GONRs from multilayers during synthesis.
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NH3 Gas Cylinder
Source of diluted NH3 gas for sensing tests.
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