二维材料气体传感器的理论设计与机理研究.pdf

目录

摘要I

AbstractIII

第一章绪论1

1.1黑磷和MAZ类二维材料概述1

24

1.1.1黑磷1

1.1.2MAZ类材料2

24

1.2二维材料气体传感器的研究进展4

1.3开展的研究内容6

第二章理论计算方法9

2.1密度泛函理论9

2.1.1Born‒Oppenheimer近似9

2.1.2Hohenberg‒Kohn定理10

2.1.3Kohn‒Sham方程11

2.2量子输运过程中的非平衡格林函数方法12

2.2.1基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法13

2.2.2基于密度泛函理论的非平衡格林函数自洽迭代过程15

第三章基于Au原子修饰的黑磷气体传感器19

3.1引言19

3.2计算方法与参数设置20

3.3结果与讨论21

3.3.1几何结构和电子性质21

3.3.2气体吸附性质22

3.4本章小结31

第四章基于二维CrSiN材料的气体传感器33

24

4.1引言33

4.2计算方法和参数设置34

4.3结果与讨论34

4.3.1几何结构和电子性质34

4.3.2气体吸附性质35

4.4本章小结38

第五章基于二维JanusWSiPAs的高性能气体传感器41

222

5.1引言41

5.2计算方法和参数设置42

5.3结果与讨论43

5.3.1几何结构、稳定性和电子性质43

5.3.2气体吸附性质45

5.3.3耐湿性51

5.4本章小结53

第六章总结与展望55

6.1本文工作总结55

6.2工作展望56

参考文献59

攻读硕士学位期间的研究成果71

致谢73

二维材料气体传感器的理论设计与机理研究

摘要

气体传感器可用于精确识别或量化检测有毒气体和挥发性有机气体，被广泛应用于

排放控制、工农业生产、环境监测和医疗诊断等领域。二维材料因其大的表面积与体积

比、丰富的活性位点以及与其他电子设备良好的集成兼容性等，有潜力用来制备高性能

气体传感器。当气体分子被吸附在二维材料表面时，二者之间发生电荷转移，材料的电

导率发生变化，通过电信号的变化，可有效、快速地检测气体分子。然而，大多数二维

材料气体传感器仍存在灵敏度低、选择性有限、耐湿性差、无法循环使用等问题。为此，

本文采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，研究了Au原子修饰的黑磷、MAZ类

24

材料的电子性质和气敏性能，设计了高性能气体传感器，主要研究内容和结果如下：

1.基于Au原子修饰的黑磷气体传感器

黑磷基气体传感器在实验中已成功制备，并且在检测低浓度NO2气体分子时表现出

优异的灵敏度。然而，其自身在空气中的不