近年来,随着社会的快速发展、科技的不断进步,大家对日常生活的质量以及周边生活环境的要求也在不断提高。社会生产,空气质量监测,医疗卫生环境等领域都对气体传感器的性能提出了更高的要求,高性能气敏材料的选择对气体传感器的开发至关重要。国内外常见的气体传感器大多采用金属氧化物材料,具有体积大、功耗高、反应慢、重复性差等缺点。石墨烯由于其特殊的二维平面结构及电学特性,在气体传感器领域应用前景广泛。石墨烯的载流子迁移率高、比表面积大、物理化学性质稳定以及吸附性能好,可以弥补传统半导体气敏材料的不足。目前,科研人员对石墨烯气体传感器的研究,主要检测对气体产生响应时的电阻变化,而气体响应对石墨烯高频非线性影响的相关研究却很少。针对这一问题,本文开展了石墨烯气体传感器高频特性的相关研究工作,探索高频石墨烯气体传感器的可实现性。通过国内外石墨烯气体传感器的调研,本文分析了气体传感器的原理与石墨烯的高频非线性特性,阐述了石墨烯气体传感器高频特性的可研究性。在传统的电阻型石墨烯气体传感器基础上,研制了一款有高频特性的石墨烯气体传感器。使用ADS软件对该传感器的高频电路进行设计与仿真,并结合信号源和频谱分析仪进行测试。主要工作内容如下:(1)高频特性的石墨烯气体传感器的研究与设计,其中包括石墨烯微带间隙、微带传输线、直流偏置器等。通过微带线原理分析与计算,利用HFSS软件设计了特性阻抗Z_L=50?的微带线以及Rogers 5880的介质基板。制作了不同长度D和特性阻抗值Z_L的石墨烯微带间隙并进行测试分析,结果表明:当间隙长度D=0.3mm、特性阻抗Z_L=50Ω时,微带线的损耗最小,输出谐波分量的功率最大。对直流偏置器进行分析,它可以防止直流电压泄露到后续电路或测试仪器中、电磁波信号泄露到供电系统中,并且可以改变石墨烯的非线性工作点,有效输出较大功率的偶次谐波分量。(2)回收网络的石墨烯气体传感器的设计。基于高频特性的石墨烯气体传感器,在石墨烯微带间隙的输入端和输出端分别添加回收网络。利用回收网络将需要的谐波分量保留,剩下的谐波分量反射回石墨烯进行二次传输,最后将两次得到的谐波分量叠加输出。测试结果表明:当输入功率为14d Bm时,无回收网络的石墨烯气体传感器的三次谐波输出功率为-16.5d Bm,有回收网络的石墨烯气体传感器的三次谐波输出功率为-10.1d Bm,输出功率大约提高了6.4d Bm,证明回收网络有效提高了石墨烯气体传感器谐波分量信号的输出功率与效率。(3)石墨烯气体传感器高频特性的测试与验证。利用直流电源、信号源、频谱分析仪等设备搭建气体测试系统,测试充入不同浓度氨气后的直流电阻、谐波分量的输出功率变化。测试结果表明:当充入不同浓度的氨气后,石墨烯气体传感器的直流电阻增大,二次谐波、三次谐波的输出功率减小,并且谐波分量输出功率的变化率比直流电阻的变化率高约20%。本文对石墨烯气体传感器的高频特性进行研究与设计,证明了石墨烯的高频非线性可用于气体检测,并且其气体响应与灵敏度都高于直流电阻检测的气体响应与灵敏度。这一研究结果为石墨烯传感器领域的研究奠定了基础,展示了新的成果,实现了新的突破。