摘要：石墨烯是一个二维材料，它的每一个原子可被认为是一个表面原子，因此每一个原子站点都可能涉及在气体相互作用。石墨烯的这个功能可以最终负责最低检测能力接近一个分子的超灵敏的传感器响应。

本文主要对石墨烯吸附氮氧化合物特性研究及应用进行探讨，特别是对吸附NO2着重讨论。通过第一性原理方法对几何结构、吸附能、态密度还有电子的能带结构进行计算。研究结果表明，本征石墨烯的电导率很低。当吸附NO2后，石墨烯的能带结构和态密度在费米能级附近会显著变化，这导致了电导率的急剧增加。因此，石墨烯作为一种潜在的NO2气体传感器可以应用到工业和环境中去。

关键词 石墨烯；密度泛函理论；吸附；传感器

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 石墨烯的特点与前景-1

1.2 石墨烯的合成-3

1.2.1微机械和化学剥脱-3

1.2.2 化学气相沉积-5

1.2.3 其他合成方法-6

1.3 石墨烯的气体和蒸汽传感器电子特性应用-6

1.4 基于石墨烯的气体和蒸汽的传感器-7

1.4.1基于石墨烯电阻的气体/蒸汽传感器-8

1.4.2基于石墨烯场效应晶体管（FET）气体传感器-9

1.4.3基于石墨烯表面声波（SAW）气体传感器-9

1.4.4基于石墨烯微机电系统气体传感器-9

1.4.5石墨烯金属氧化物混合气体传感器-9

1.5氮氧化合物的产生与危害-10

1.6基于石墨烯的柔性NO2化学传感器-10

1.7本文所做的工作-14

2 基本理论和计算方法-15

2.1 密度泛函理论-15

2.1.1 Hohenberg-Kohn定理-15

2.1.2 Kohn-Sham 方程-15

2.1.3交换关联泛函-16

2.2计算软件的介绍-16

  2.2.1 Materials Studio 7.0的介绍-16

  2.2.2 CASTEP 模块-17

2.3 计算方法与过程-18

3 石墨烯吸附NO2的特性-20

3.1 石墨烯本征材料的电子结构的分析-20

3.1.1 石墨烯基本结构-20

3.1.2 理论模型与计算方法-21

3.1.3 计算结果与分析-22

3.2石墨烯吸附NO2的电子结构分析-24

3.2.1石墨烯吸附NO2的基本结构-24

3.2.2理论模型与计算方法-24

3.2.3 计算结果与分析-26

3.3本章小结-28

结论-30

致谢-31

参考文献-32