千文网小编为你整理了多篇相关的《大学生创新创业训练计划项目开题报告精选》，但愿对你工作学习有帮助，当然你在千文网还可以找到更多《大学生创新创业训练计划项目开题报告精选》。
第一篇：大学生创新创业训练项目结题报告
大学生创新创业训练计划项目
结题报告
项 目 编 号
201410704036 项 目 名 称 校园微信公众平台设计与开发 项 目 类 型 项 目 级 别 项 目 负 责 人 结 题 日 期
创新训练项目 国家级 胡月 2015.5.5
实验室与设备管理处 制
一、选题背景、意义及创新性
微信公众平台是腾讯公司在微信的基础上新增的功能模块，通过这一平台，个人和企业都可以打造一个微信的公众号，可以群发文字、图片、语音、视频、图文消息五个类别的内容。目前微信公众平台支持PC端网页、移动互联网客户端登录，并可以绑定私人帐号进行群发信息。微信公众平台是一个自媒体平台，它是微信系统的重要组成部分，微信整个板块包含个人微信、二维码、公众平台。随着微信的不断改进，越来越多的个人和企业看到了微信平台优势，加入这个划时代的全新手机聊天体验之战。腾讯微信利用开放平台、语音信息等功能内进行推送，创意执行，可以直接在公众平台上打造品牌信息传递的生态链。从平台功能来看，目前公众平台的主要功能包括多媒体信息大规模推送、定向推送（可按性别、地区、分组等指标定向推送），一对一互动，多样化开发和智能回复等。
校园微信公众平台将是快速传递校园信息的又一新方式。校园微信公众平台的优势：大学生受众的基数大。根据中国高等教育发展计划最新统计，以每年1.3~1.6%的速度在扩招，2020年高校学生数量能达到5000万。微信为新媒体，对大学生受众有很强的吸引力，而且迎合了当代大学生的生活习惯。微信发送语音形式的消息，使得信息的传递更具人性化、更贴近生活。微信公众平台的开通，实现了信息一对多的传播，而且互动性更强。 创新性：
与传统的软件开发不同，校园微信公众平台的开发及享受与公众平台提供的开发接口，又限制于平台所提供的接口。所以，微信的开发的重点主要是利用平台所提供的接口完成功能，此外，在公众平台固有的基础之上，引入了BuiduMap API与Web，极大的丰富了公众平台的内容以及功能。
二、项目研究目标及工作方案
项目研究目标：
通过调用微信公众平台提供的接口，实现关注校园公众账号的微信用户可以通过微信快速的接受到校园公众账号所发出的消息，以及能够自主的通过校园公众平台实现如下功能：
1、新生报到
2、校园招聘
3、图书查询
4、校车查询
5、校园二手市场
6、失物招领
7、自习室查询
8、附近查找
9、临潼天气
10、差快递
11、科大贴吧
让用户在移动客户端通过校园微信公众平台能够轻松、便捷的获取到需要的信息。给学生提供便利，让学校能够更高的管理，更好的服务于校园是校园公众平台的根本目标，也是校园微信公众平台成立的出发点。 工作方案：
（一）、可行性分析
1、技术可行性
微信公众平台提供编辑与开发两种模式，在开发模式的基础上可以实现诸多功能。通过第三方开发平台，可以将微信公众平台接入自定义接口，只需任意一种可以提供HTTP服务的后台语言（如Java、PHP或Ruby等）即可接入，同时这些自定义接口也丰富了微信的功能。
我们的微信开发团队的队员是来自计算机科学与技术学院的学生，我们具有扎实的程序设计基础和丰富的网络资源，可以通过API接入自己开发的或网上已有的移动应用或站点，为我们的校园微信公众平台提供跟多的功能和服务，丰富平台的内容。
2、经济可行性
本次校园微信公众平台的开发与运营的费用产生主要由SAE云服务器的使用所产生，相比较一般的项目则没有服务器的配置、运维的费用，大大的降低了开发成本。此外，基于平台的用户量，平台可以采用引入商业合作和搭建校内网络购物平台两种形式获取商业收益，实现其商业价值。
3、市场可行性
（二）、SWOT分析（又称为态势分析法）
1、优势
相比于其它网络社交平台，校园微信公众平台除具有公众平台自身的优势外，还具有以下优势： 1）用户优势
平台的目标用户以使用微信的在校学生为主，在日常的调查当中几乎所有的学生都会使用微信，因此，在学生群体集体中有利于平台的推广，可以迅速积累大量的用户关注量；此外，校内丰富的活动能够为平台推广提供机会，提高平台与用户间的互动。 2）信誉优势
本平台维护及信息的发布可以交给计算机学院的科技部与校党委宣传部共同完成，平台内所发布的信息都要经过宣传部的严格审核，能够保证信息推送的质量以及消息内容的权威性与官方性，从而是平台在用户群体中树立良好的信誉。此外，平台还可以争取腾讯公司官方认证，提升平台的形象，进而提升学校的知名度。 3）团队优势
2、劣势
在校园微信公众平台正式上线以后就需要一个团队才运营，而团队的成员则是在校的学生，学生会不断的进入团队和退出团队，毕业以后还会离开学校，团队成员的流动性较高，会对平台的运营稳定性带来一定的影响；微信公众平台是新兴媒体，团队成员没有微信公众平台运营经验，因此要在摸索中前进，在平台发展过程中将面临很多未知的问题和挑战。
3、机遇
在各种网络社交平台日益蓬勃发展的时代，微信凭借其独特的平台优势，成为大学生群体间交流学习的重要平台。校园微信公众平台顺应新媒体时代的发展趋势，力求利用微信公众平台为西安科技大学师生提供权威的咨询和全面的服务，具有巨大的发展潜力。
4、威胁
校园微信公众平台目标在于为所有用户提供全面的信息与服务，因而一些信息和服务并不是所有用户都需要的。其次，在学校内存在提供针对性的微信公众平台，他们会对校园微信公众平台带来冲击。此外，一些商家或个人的微信公众平台也会对校内的微信公众平台造成影响。
（三）、结构设计
（四）、详细设计
1、界面设计
校园微信公众平台是基于微信公众平台上的二次开发，因此界面就只能局限于自定义菜单当中与消息Web页面上的设计
①自定义菜单
在微信公众平台当中，微信提供的菜单课分为三个一级菜单，每个一级菜单下可以添加五个二级菜单。 根据平台的内容，将功能划分到校园动态、校园有我、校园生活三个一级菜单当中，如图
每个菜单都对应相应的消息回复或者URL链接 具体编码如下：
②消息页面
用户在使用平台的时，无非就两种操作，发送消息（其中包括文字、图片、视频、位置）和菜单按钮的单击事件。在用户向平台发送消息请求的时候，在我们的服务器端会对请求做解析并进一步的进行判断，进而再给用户发送消息回复，回复的种类分两种： 第一种：直接的文字回复。
第二种：平台会跳转到预先设定好的URL指向页面当中。此时的页面会直接在公众平台当中打开，因此需要契合移动客户端就需要对页面的布局、大小做好预先的处理，使之能够在移动客户端能够正常的显示。
2、数据库设计
在项目初期阶段，在后台服务器当中存储的是空闲教室的信息，以便于能够快速的查询教室的信息。但是由于我们学校的自己是预约系统没有正式的建立，不能够正常的使用本项功能，在此我们只能使用一些模拟的数据来进行测试。
在数据库当中需要存储每个教学楼的教室，因此就需要教学楼的编号，教室的编号，节次的选定。
3、接口设计
此处接口是指我们在服务器端写好的Servlet，在微信公众平台当中用户给平台发送消息的时候将消息封装成XML的格式请求Servle，然后经过处理、运算会返回一系列的数据，并打包成XML的格式交给平台，然后通过平台的解析之后展示到用户的界面当中。 ①、设置公众平台与服务器的对接接口
在配置公众平台的后台服务器的时候会填写URL与Token口令
通过在微信公众平台的接口配置页面访问我们写好的验证接口，即coreServlet，提交之后会将我们的部署在SAE上面的服务器作为公众平台的后台服务器。 ②、消息响应接口
在将服务器与微信后台对接之后，用户发给平台的信息将自动发送到我们服务器当中，因此，服务器当中必须要有一个消息响应的接口
（五）第三方引入
在开发过程当中每一个模块都亲自做一遍将会是一个很庞大的工作量，而且并不一定会取得到预想当中的效果，举个例子来讲：在平台当中开发一个独立的学生交流论坛，论坛的实现代码量就不少，而且在百度上学校就已经有了贴吧，两者必然会冲突，因此在校园微信公众平台当中将贴吧、百度地图等都引入了进来。不但减少了开发难度，而且现有的体系非常的完善、准确、功能强大，免去了维护的困难。 ①、百度地图引入
在实现附近搜索功能的时候利用百度地图的定位以及搜索功能实现附近搜索，效果如下
在给平台发送地里位置之后给用户发送如下消息：
通过回复功能编号就会使用百度搜索功能，如发送
点击想要寻找的地方就会出现步行导航
02
②、贴吧引入
在公众平台当中引入西安科技大学贴吧，能够是用户快速的利用公众平台在贴吧当中操作，效果如图：
三、项目研究过程中的难点及解决途径，应用的关键技术
1、校园微信公众平台后台服务器的搭建 微信后台服务器的搭建需要一个平台，只需任意一种可以提供HTTP服务的后台语言（如Java、PHP或Ruby等）即可接入将微信公众平台，在此我们选择将SAE作为我们的服务器搭建的平台。 SAE只是一个平台，能够将我们的代码正常运行，并且能够在外网访问的到的平台，相当于一个在网络上搭建的Apache，我们想代码部署上去之后，就能够作为我们的后台服务器运行。
2、开发语言 ①PHP 在前期的开发过程中，因PHP开发语言在Web开发领域能够非常快速的执行动态网页的能力以及其简洁的优势，让我们学则了PHP作为我们项目的主要开发语言。
但是在项目的中期，需要做数据的处理、交互，我们的团队对PHP的掌握程度还不够，因此这是我们遇到的第一个问题。有两种解决方案，第一，继续学习PHP语言；第二，放弃PHP使用其它的语言作为开发语言。第一种方法，我们没有那么多的时间和精力在去继续学习一门语言，因此只能选择第二种方法，使用其它的语言作为我们的开发语言。 ②JAVA JAVA语言是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言，具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性。并且在大学的课程安排当中是我们计算机学院学生的必修课，我们对JAVA就已经有了相当的基础，因此我们重新选择JAVA语言作为我们第二次选择的开发语言。
因为我们对JAVA语言接触的比较早，并且用它完成过不少项目，对JAVA的使用比较熟悉，所以项目从PHP转到JAVA的时候也比较顺利，并且后期的功能实现也更快更好的进行。
3、将传统的Web页面移植到移动客户端
校园微信公众平台是基于微信公众平台，因此平台的开发
就有很大的局限性。对平台的开发无非就只有三种，第一种利 用微信公众平台所提供的接口进行整合、开发；第二种，进行 交互式的消息回复；第三种，Web拓展。
在微信公众平台的自定义菜单有click和view两种选择，click是进行消息回复，而view则是可以连接到指定的url地址当中去，因此对微信的开发也有Web开发的成分在里面。 在我们构建的Web时候发现，与传统的PC端的开发有很大的不同，如果直接将PC端的Web页面移植到移动客户端会出现各种问题，比如网页的大小不合适，不能够完整的显示，这样用户体验度就会下降很多，因此对Web页面做处理之后再显示在平台当中就显得尤为重要。
四、指导教师对项目成果的推广应用价值及存在问题总结
该项目是基于微信公众平台的面向校园群体的开发，由公众账号和服务器后台系统组成，平台的后台服务器是搭建在SAE云服务器当中的，减少了开发成本和运维的难度。在微信公众平台的基础之上引入了百度地图的api能够准确的定位到用户的具体坐标，此外还增加了用户自定义菜单，丰富了平台的内容。附近查找的导航是基于百度地图连接后的算法处理实现的，使用算法简化了路径最短规划的方法，是导航更佳的简单可行，导航路线也是基于多图层设计。在消息回复当中添加了图书查找功能，结合了西安科技大学图书管的检索功能，能够在平台当中清晰的展示出图书馆的图书借阅情况及馆藏。
项目在操作过程中有很多的困难，但学生积极学习，迎难而上，在平台的显示和后天服务器方面都做得相当好，实现了预期的一些功能，校园微信公众平台的信息与后台服务器数据交互完成的可以，在平台当中图书查找、附近搜索和校园招聘指南都有一些预期的成果，附近搜索的处理，引入了百度地图的索引等方面的完成有很好的创新性。在开发结束基础上，虽然各方面的功能都可以实现，但仍有很多不足之处，例如校园招聘，只是将一些就业信息笼统的整合到了一起，是学生对网络知识了解的不够深刻导致的，这方面未能达到最好的效果；。在自定义菜单中，界面的显示有一些不够合理，导航路径的规划细化不能够实现实时导航，只能不断的请求服务器发送导航信息；图书检索所提供的信息未能达到预期的完美效果，虽然实现了该功能，但这一部分应该再细化再完善，这样才能发挥最大的作用；在平台中有一些多余成分，像查询天气、查快递在使用中的意义不大，希望能进行进一步的完善。
项目在结束时存在的问题已经罗列出来，后期的研究方向主要就是进一步细化这些功能，在现有的基础之上完善现有的功能，并且设计出实用的功能，试校园微信公众平台更好的为学校和学生提供服务和便利。
五、成果总结及佐证材料
本平台是基于微信公众平台的开发，在SAE上部署后台服务器和数据库，作为我们的数据支持。平台的功能包括：新生入学指导，校园招聘信息展示、图书查询、校园二手市场、失物招领、自习室查询、附近搜索等功能。
● 校园微信公众平台公软件一套。
● 校园微信公众平台，软件著作权正在申请当中。 ● 校园微信公众平台软件使用说明书。
六、参考文献
[1] 裴蕾 . 以微信平台助推图书馆信息服务[J]. 无线互联科技 ,2013(08). [2] 高健 , 汤志鹏 . 微信平台在高校共青团活动资源信息化建设中的应用研究 [J]. 山东农业管理干部学院学报 ,2013(06)．
[3] 雷么丽 . 浅析微信平台在大学生职业指导中的运用 [J]. 时代经贸 ,2013(24). [4] 鞠文飞 . 利用微信公众平台构建移动设备教学辅导环境 [J]. 电脑编程技巧与维护 ,2013(12). 作者单位河北传媒学院信息技术系 河北省石家庄市050071 [5] 刘捷 微信公众平台企业应用开发实战 出版发行项:北京:电子工业出版社,2015.01 [6] 题名/责任者:微信营销应该这样做:案例实战版/夏雪峰著 出版发行项:广州:广东经济出版社,2014 [7] 题名/责任者:微信公众平台应用开发:方法、技巧与案例/柳峰著 出版发行项:北京:机械工业出版社,2014 [8] 题名/责任者:微信公众平台应用开发实践/钟志勇著 出版发行项:北京:机械工业出版社,2013
[9] 题名/责任者:微信公众平台搭建、开发与实践指南/戴晟晖编著 出版发行项:北京:中国铁道出版社,2014 [10] 题名/责任者:微信公众平台开发基础与实战/闫小坤, 周涛编著 出版发行项:北京:机械工业出版社,2014 [11] 题名/责任者:微信价值完全开发攻略/吴银平编著 出版发行项:北京:化学工业出版社,2014
[12] 题名/责任者:微信营销揭秘:战略认知+运营策略+效果评估+行业案例/罗时迁著出版发行项: 北京:人民邮电出版社,2014 [13] 题名/责任者:微信公众平台应用开发实战/钟志勇, 何威俊, 冯煜博著版本说明:第2版 出版发行项:北京:机械工业出版社,2014 [14] 题名/责任者:微信的秘密:智能手机时代的新营销宝典/苏高编著 出版发行项:北京:清华大学出版社,2014 [15] 题名/责任者:微信公众平台服务号开发:揭秘九大高级接口/易伟著 出版发行项:北京:机械工业出版社,2014 [16] 题名/责任者:微信终极秘籍:精通公众号商业运营/青龙老贼 ... [等] 著出版发行项:北京:电子工业出版社,2014 [17]题名/责任者:微信来了/朱艳婷, 丁当著 出版发行项:北京:北京理工大学出版社,2014 [19] 题名/责任者:微信公众平台开发最佳实践/方倍工作室著 出版发行项:北京:机械工业出版社,2014 [20]宋哲. 微信公众平台在大学内部管理中的应用研究[J]. 知识经济. 2014(21)
[21]岳晓瑞,陈继华. 浅谈“微信”平台应用于移动教学的可行性[J]. 计算机光盘软件与应用. 2014(23)
[22]杜健,吴静. 微信公众平台构建论文写作与指导模式探析[J]. 重庆第二师范学院学报. 2014(05)
第二篇：大学生创新创业训练计划项目结题报告
大学生创新创业训练计划项目结题报告
一种集成式自供电纳米化学传感器的设计和制作
项目成员：何旺球（1426410514） 王鹏云1426410408 陶俊贤1326410232 黄家仪1326410116 指导教师：祝元坤 摘要：
本项目以石墨烯作为基本功能单元，设计并制备一种新型的集成式化学分子驱动自供电传感器件；超薄二维纳米材料（石墨烯）作为基本功能单元制备新一代的自供电传感器件，使器件能感受到环境中化学分子状态的改变而输出电信号。石墨烯部分被聚合物薄膜所覆盖且另一部分暴露，当器件接触极性分子时，可以产生明显的电信号。因此，本项目的研究具有一定应用前景和重要学术价值。该类自供电传感器件可能应用于生产微型纳米传感器，具有自主创新知识产权。
1引言
近年来，随着纳米材料及纳米科学技术研究的不断深入，各种微纳电子器件不断被研究开发，并在军事、生物医学、环境监测等领域展现出十分诱人的应用前景[1]。微纳电子器件不仅尺寸小，而且具有功耗低、速度快、易于大规模集成、可移动等特点，但微纳电子器件需要有微尺度电源系统来供给电能，来维持正常工作。随着电子产品小型化，亟待开发即能为之提供能量并且小、轻、具有柔性的自供电传感器件。如果微电源器件能够持续收集环境中的能量并转换为电能，将会永久性解决电池耗尽的问题。因此，开发具有能量转换功能的微电源，并与传感器等器件集成构建自供电系统，是非常迫切的。可穿戴、物联网、智慧城市等新兴产业的发展将推动微纳电子器件市场的迅速发展，牵引微电源产品的技术变革和不断创新。
微纳自供电器件是当今的研究热点，目前的研究集中在以下几点：1）不断提高能量转换效率。如何在减小尺寸的同时保持高的能量转换效率，需要新材料和新工艺。2）具有柔韧性。未来可穿戴、可移植等器件的发展需要柔性的器件与之配套。3）易于集成。为满足自供电、自供能驱动等系统的需求，微电源器件应易于和传感器等进行集成。4）可从环境中持续捕获能量。微电源器件不仅要有能量存储功能，还要能持续将环境中的能量转换为电能。自然界不缺能源，
大学生创新创业训练计划项目结题报告
关键在于如何将能量有效收集并转换为电能，这需要不断开发新型的自供电传感器件，将环境中潜在的光能、生物能、热能、振动能、电磁能等能量源转换为电能。
微纳自供电传感器件的国内外研发现状：哈佛大学C.M.Lieber教授采用Ge/Si核壳纳米阵列制作了太阳能电池[2]。美国佐治亚理工学院Z.L.Wang教授在2006年提出了纳米发电机的概念，利用ZnO纳米线的压电效应实现机械能到电能的转换，并在之后的研究中发展了压电电子学的概念[3]。最近，他们在单个原子厚度的二硫化钼内观察到了压电效应，并研制出全球最纤薄的发电机兼力学感知设备，其不仅透明轻质且可弯曲和拉伸[4]。复旦大学的彭慧胜教授成功制备出可拉伸的线状超级电容器，为可穿戴智能设备中电能的供应提供了一个解决思路[5]。上海交通大学利用非硅微加工技术制备了基于MEMS的压电发电机并表征了其俘能效果。中国科学院苏州纳米所在新型柔性可穿戴仿生触觉传感器即人造仿生电子皮肤方面做了系列工作[6]。南京航空航天大学郭万林教授首次实现石墨烯表面拖动海水液滴发电, 并揭示了其中的物理机制，为石墨烯在能源领域的应用开辟了新方向[7]。中科院沈阳金属所设计并制备出基于碳纳米管/石墨烯的柔性能量存储与转换器件，并发现其具有循环稳定性好、可快速充放电、可弯折等优异性能[8]。北京大学和大连化物所在石墨烯PN结的调控调制掺杂生长与光电转换器件研究中进行了前沿性探索[9]。
在之前的研究工作中，我们团队提出一种可将环境中的化学能转换为电能的新型器件——分子驱动自供电传感器件，当器件所处环境中化学分子状态发生变化时可触发电信号，从而实现电能的捕获。当极性化学分子接触部分覆盖的ZnO纳米线时，ZnO覆盖端和暴露端由于功函数不同而产生内部电势差[10]。利用这一原理可制成自供电的酒精检测仪，也可检测不同浓度、不同类别的有机化学试剂[11-14]，当人吸气-呼气循环作用于器件时，如图1所示，在无任何外接电源的情况下，器件可产生 2-8 nA 的脉冲电流信号，交换电极可获得相反方向的电流信号，这意味着电流信号非测试系统误差或电阻变化引起的。器件能将人体连续的吸气-呼气转换为电信号，这意味着人呼吸也可以发电，无疑是令人振奋的。以化学分子驱动器件产生电能是继光电、热电、压电效应之后的一种全新的器件设计理念，包含丰富的物理内涵；基于这种理念构建的器件未来在物联网传感器、 2
大学生创新创业训练计划项目结题报告
可穿戴器件、生物医疗器件等领域的自供电检测/自驱动系统构建等方面有巨大的应用前景。
图1 吸气-呼气循环作用于ZnO阵列自供电传感器件所产生的电信号 超薄二维纳米材料，如石墨烯等，因其独特的物理化学特性成为材料界最为活跃的研究主题，在能量转换与存储、柔性透明显示、复合材料、传感器、集成电路等领域表现出十分诱人的应用前景[15]。石墨烯的费米能级可以通过原子分子掺杂和气体分子的吸附进行有效调控。基于这一点，我们提出利用超薄二维纳米材料（石墨烯）作为基本功能单元制备新一代的自供电传感器件，使器件能感受到环境中化学分子状态的改变而输出电信号。前期的研究发现，石墨烯部分被聚合物薄膜所覆盖，部分暴露，当器件的暴露部分接触乙醇分子时，可以产生35 nA左右的电信号[16-18]。初步的研究结果表明石墨烯作为基本功能单元制备自供电化学传感器件是可行的。本申请项目提出以石墨烯作为功能单元制备自供电化学传感器件，有望获得高转换效率、超小尺寸、稳定的微电源器件，为自供电式微纳器件设计及性能优化打下基础。理论和实验结果表明，石墨烯的功函数可以通过原子分子掺杂和气体分子的吸附进行有效调控前期研究工作从实验上证明了利用半导体功函数调控实现能量捕获的可行性，但是，器件要取得实际应用，必须要有高的能量转换效率，且能实现持续电能转换，这就需要对器件性能影响因素及器件工作机制进行深入研究[19]。除此之外，ZnO材料化学稳定性差也是器件实用化的重要瓶颈。因此，有必要寻找新的替代材料实现类似能量转换功能。在本项目中，我们将在之前研究的基础上，进一步深化器件工作机制的研究，推进分子驱动自供电传感器件的实用化。石墨烯作为器件功能单元的可行性与优
大学生创新创业训练计划项目结题报告
势：近十年来，石墨烯因其独特的物理化学特性成为材料界最为活跃的研究主题，在能量转换与存储、柔性透明显示、复合材料、传感器、集成电路等领域表现出十分诱人的应用前景[20-23]。理论和实验结果表明，石墨烯的功函数可以通过原子分子掺杂和气体分子的吸附进行有效调控[24]。基于这一点，在本项目中，我们提出利用石墨烯作为基本功能单元制备新一代的分子驱动能量转换及自供电传感器件，使器件能感受到环境中化学分子状态的改变而输出电信号。在前期的研究中，我们利用石墨烯制备成器件，石墨烯部分被聚合物薄膜所覆盖，部分暴露。当工作端接触乙醇分子时，工作端工作函数发生变化，而密封端工作函数仍保持不变；由于同一种材料费米能级必须处于同一水平，由于载流子的迁移，器件两端产生接触电势差[25]。实验结果表明，乙醇液滴可使器件可产生35 nA 左右的电信号，这表明石墨烯作为基本功能单元制备分子驱动自供电传感器件是可行的。以石墨烯制备器件具有以下优势：首先，二维石墨烯具有大的比表面积，对化学分子有更高的敏感性，更容易进行表面电势的调节；其次，石墨烯具有良好的机械性质，可以做成柔性器件；再次，石墨烯的电子输运性质和功函数可在很大范围内调控，表面改性、应力、化学环境等都可以使石墨烯功函数发生变化。综合这些优势和前期研究结果，我们认为，以石墨烯作为功能单元制备分子驱动自供电传感器件，有望获得高转换效率、超小尺寸、柔性、稳定的微电源器件，满足实际需求[26-27]。
2 实验部分
2.1 实验药品及气体
固体材料：超薄二维纳米材料（石墨烯）
所用极性有机液体：无水乙醇、异丙醇、丙酮、二氯甲烷、吡啶、二甲基甲酰胺主要测试光照：黑暗、日光灯、紫外灯（365nm）
2. 2 实验设备及仪器
本实验所用到的设备仪器： 2.2.1半导体参数分析仪
半导体参数分析仪是一个模块化、可定制、高度一体化的参数分析仪，可同时进行电流-电压 (I-V)、电容-电压 (C-V) 和超快脉冲 I-V 电学测试。使用其可
大学生创新创业训练计划项目结题报告
选的 多通道开关模块，可轻松地在 I-V 和 C-V 测量之间切换，而无需重新布线或抬起探针。半导体参数分析仪是最高性能的分析仪，可加快用于材料研究、半导体器件设计、工艺开发或生产的复杂器件的测试。使用时，先将器件连接在参数分析仪上，打开电源和电脑上的系统。设置程序，测试器件的伏安特性曲线、转移特性曲线，探究器件的迁移率、载流子浓度等基本的电学性能和半导体材料的电流电压随时间的变化曲线。
图2 （a）半导体探针台和（b）半导体参数分析仪
2.2.2X射线衍射仪(XRD) X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)，其工作原理是根据布拉格方程2dsinθ＝nλ，图3所示，实验仪器根据接收的θ角度变化信息及其强度分布信息可以得到晶体的点阵平面间距和原子排布信息，分析晶体的点阵平面间距和原子排布信息便能获得材料成分和内部原子(分子) 结构等信息。
图3 布拉格衍射示意图
本论文中采用的XRD型号为D8-ADVANCE，由德国Bruker-AXS公司生产，如图4所示。衍射实验使用的测量电压和电流分别为40kV、30 mA，实验中的衍射X射线为Cu-Kα射线，射线波长为0.1541 nm。
大学生创新创业训练计划项目结题报告
图4 D8-ADVANCE型转靶X射线衍射仪
2.2.3扫描电子显微镜(SEM)
扫描电子显微镜可以方便的得到所制备材料的形貌特征及结构特征，是材料研究的关键。在使用过程中，其利用多种信号转换，得到经电子束激发相应材料表面产生次级电子信号，利用这种电子信号来完成对材料的形貌的表征形成我们所看到的图像特征。对导电性较差的样品，为避免观测样品表面时，因积累电荷从而影响观测，通常需要喷涂一层重金属薄膜。
本论文采用美国FEI公司生产的QuantaFEG450型场发射扫描电子显微镜(Field-Emission Scanning Electron Microscopy, FE-SEM)对样品进行表面形貌和结构的表征，主要测试参数为：电子枪和样品的距离10 mm，加速电压为30 kV，电流为10μA。
2.2.4石墨烯等二维超薄结构纳米功能材料的制备
近十年来，石墨烯因其独特的物理化学特性成为材料界最为活跃的研究主题，在能量转换与存储、柔性透明显示、复合材料、传感器、集成电路等领域表现出十分诱人的应用前景。理论和实验结果表明，石墨烯的功函数可以通过原子分子掺杂和气体分子的吸附进行有效调控。基于这一点，在本项目中，我们提出利用石墨烯作为基本功能单元制备新一代的分子驱动能量转换及自供电传感器件，使器件能感受到环境中化学分子状态的改变而输出电信号。
采用化学气相沉积方法以及Langmuir-Blodget方法制备了大面积（氧化）石墨烯材料。化学气相沉积法是制备石墨烯常用的方法，该方法的优点在于易实现石墨烯的大面积合成，常以铜、镍、铂等金属为衬底，通过渗碳冷却、表面催化等工艺制备得到大面积连续的石墨烯薄膜。实验中，以C2H4为碳源，H2为载气，以Ni和Cu为催化剂，生长温度控制在800-1000℃，通过调控对开式管式炉中的碳源、压强、温度以及生长时间，控制石墨烯的生长厚度。利用化学气相沉积
大学生创新创业训练计划项目结题报告
方法，获得了表面连续的大面积石墨烯材料。
为了进一步探索并优化化学气相沉积实验过程，我们采用化学气相沉积方法制备了大面积二维超薄半导体纳米材料，并以此二维超薄结构的半导体纳米材料制备类似的化学分子驱动自供电传感器件，借此与高质量石墨烯材料的制备方法和器件制作工艺类比，优化化学分子驱动能量转换及自供电传感器件性能，并深入探究器件工作机理。采用化学气相沉积方法，制备了具有二维超薄结构的氧化锌以及二硫化钼半导体纳米材料。探索了具有较大比表面积的二维超薄结构的半导体纳米材料最优化生长工艺；研究了不同升温速度、生长温度、生长时间、掺杂元素、反应气体及载气比例以及流量等条件，制备的大面积二维超薄结构半导体纳米材料的成分、结构、形貌以及光、电、机械等性能；实现了在不同表面状态的硅、二氧化硅以及不同晶体取向的蓝宝石衬底上生长高质量大面积二维超薄结构半导体纳米材料。
在实验研究上，以化学气相沉积法生长的大片石墨烯和化学剥离的氧化石墨烯（或还原氧化石墨烯）为实验对象，综合利用带环境气氛的Kelvin探针显微镜（KPFM）、聚焦离子束刻蚀（FIB）等材料领域先进样品表征、加工手段开展研究；归纳分析化学分子接触时石墨烯功函数变化的微观机制与器件的宏观行为，为基于功函数调控的微纳能量转换器件的材料、器件设计及性能优化打下基础。通过研究生长条件及复合工艺，对石墨烯材料以及二维超薄结构半导体纳米材料结构、成分以及形貌、光学和电学等性能，获得了控制大面积二维超薄结构纳米材料的最优化生长工艺。
2.2.5基于二维超薄结构纳米材料的化学分子驱动自供电传感器件制作
以化学气相沉积制备的大面积石墨烯材料和Langmuir-Blodget方法制备的大面积氧化石墨烯薄膜为功能单元，制作化学分子驱动的自供电传感器件。
基本器件制备工艺流程如图5所示：1）选择CVD生长的大片单晶石墨烯，转移到Si/SiO2衬底上。综合拉曼、透射电镜、X射线衍射仪、半导体参数分析仪等手段表征所制备的石墨烯的微观结构及物理性质；2）用铝箔做掩膜遮住中间部分石墨烯，用电子束蒸发法在石墨烯两端镀电极，用导线将电极引出以备测试； 3）用铝箔做掩模，遮挡一半石墨烯，通过低压气相沉积法在器件表面旋涂一层派瑞林(Parylene C) 覆盖另一半石墨烯。
大学生创新创业训练计划项目结题报告
图5石墨烯化学传感器件制作的工艺路线图 (a) 在铜上生长的石墨烯；(b) 将石墨烯转移到Si/SiO2衬底上；(c)用铝箔做掩膜覆盖石墨烯中间部分；(d)用铝箔做掩膜蒸镀两端电极；(e)引出两侧电极，用铝箔做掩膜，沉积parylene C；(f)去掉
掩膜得到所需器件。
经外引导线，获得了以大面积石墨烯为功能单元的聚合物半遮盖式化学分子驱动自供电传感器件。此外，选取了具有较高表面积的氧化锌和二硫化钼等二维超薄结构半导体纳米片材料，制作大面积二维超薄结构纳米材料的化学分子驱动自供电传感器件。通过设计掩膜版的位置和大小，镀制电极，涂覆半遮盖式聚合物薄膜等步骤，制备了化学分子驱动自供电传感器件。
图6自供电传感器的结构图
3 结果与讨论
3.1超薄二维半导体纳米材料（石墨烯）基本电学性能研究
化学分子驱动自供电传感器件的性能评价主要涉及对其基本电学性能以及在化学有机溶液作用下输出电学性能的测试。基于此，我们首先测试了大面积石 8
大学生创新创业训练计划项目结题报告
墨烯基化学分子驱动自供电传感器件的基本电学性能：包括石墨烯化学分子驱动自供电传感器件的漏电流行为，以此评价器件封装完好性以及相关介质层的绝缘性能等；在此基础之上，通过测试石墨烯化学分子驱动自供电传感器件的伏安特性曲线，获得了石墨烯化学分子驱动自供电传感器件的工作特性以及电极接触类型等关键器件参数，如图7（a）是超薄二维半导体纳米材料（石墨烯）的伏安特性曲线；最后，在P型硅/二氧化硅介质层衬底的作用，通过调控背底栅极电压，测试了石墨烯化学分子驱动自供电传感器件的转移特性曲线，测试了器件的半导体类型和栅极电压的调控作用等器件参数，图7（b）是栅压对石墨烯伏安特性曲线的调控作用。作为对比，对基于大面积二维结构超薄纳米材料的化学分子驱动自供电传感器件进行了类似的基本电学性能测试。
（a）
（b）
图7氧化石墨烯自供电传感器件的电学性能；（a）伏安特性曲线；（b）背底栅
极电压对其伏安特性曲线的调控作用
3.2 化学分子驱动能量转换器件性能测试
在获得化学分子驱动自供电传感器件基本电学性能的基础之上，测试了不同化学有机溶液作用下，大面积石墨烯和二维结构超薄纳米材料的化学分子驱动自供电传感器件的输出电学性能。首先测试了无外加电压激励作用下，化学分子驱动自供电传感器件的漂移电流以及电压随时间的变化规律，获得了能量转化器件的背景噪音以及稳定性等关键器件指标，图8（a）所示为传感器件的背景信号；随后，通过控制滴加化学有机溶液，测试了大面积二维结构超薄纳米材料化学分子驱动自供电传感器件的电流以及电压随时间变化规律，图8（b）所示，分析
大学生创新创业训练计划项目结题报告
了化学分子蒸发速度与器件电流电压信号的变化规律，建立了有机化学分子的极性、表面张力、润湿性等参数，与器件输出电学性能之间的内在联系机制，探究了化学分子在二维超薄半导体纳米片表面的吸附-脱附行为及器件能量传递机制。化学分子吸附在二维超薄半导体纳米片表面时，器件产生电信号，伴随载流子的转移，二维超薄半导体纳米片密封端和暴露端的费米能级达到平衡，电信号消失；要使器件持续工作，必须使化学分子处于不断吸附-脱附的动态循环中。
（a）
（b）
（c）
（d）
图8（a）GO传感器件的背景噪音信号；（b）滴加6微升二氯甲烷后的电流以及电压随时间变化曲线；（c）不同量丙酮的电流随时间的变化曲线；（d）源极和漏极反向连接后，滴加6微升二氯甲烷的电流以及电压随时间变化曲线 随后，研究了不同滴加量作用下，大面积二维结构超薄纳米材料的化学分子驱动自供电传感器件的电流以及电压随时间变化规律；图8（c）为在分别滴加 10
大学生创新创业训练计划项目结题报告
10微升和5微升丙酮溶液时的比较，滴加量多时电信号持续的时间明显加长。测试了暴露面积以及遮盖不同位置下，大面积二维结构超薄纳米材料的化学分子驱动自供电传感器件的电流以及电压随时间变化规律，获得了最优化的聚合物遮盖层材料种类以及遮盖位置和暴露面积等器件关键设计。在此基础之上，获得基于二维超薄结构纳米材料的化学分子驱动自供电传感器件的最优化制作工艺。
此外，通过正负极（源极漏极）倒转连接等方式，重复测试了大面积二维结构超薄纳米材料化学分子驱动自供电传感器件的电流以及电压随时间变化规律，获得了预期的形状相似但方向相反的电流电压信号，如图8（d）所示为氧化石墨烯器件正负极（源极漏极）倒转后滴加二氯甲烷的电流电压随时间的变化曲线，结合直接采用二氧化硅介质层作为功能单元制作的器件测试结果，证明了在滴加极性有机液体后产生的电流电压信号非偶然发生，而是由于化学有机溶液分子驱动作用下，石墨烯以及二维超薄纳米材料等功能层产生的必然规律性信号。
4 结论
本项目采用化学气相沉积法制备了超薄二维半导体纳米材料（石墨烯），并研究了超薄二维半导体纳米材料的成分、微观结构、形貌和光电性能。我们选择了生长质量良好的超薄二维半导体纳米片，经过一系列的工艺，制备了化学分子驱动的超薄二维半导体纳米材料自供电传感器件，测试了其基本电学性能。在获得化学分子驱动传感器基本电学性能的基础之上，测试了不同化学有机溶液作用下，大面积石墨烯和二维结构超薄纳米材料的化学分子驱动自供电传感器件的输出电学性能。
5 展望
本课题对化学分子驱动自供电传感器件性能进行了初步研究，证实二维超薄材料纳米传感器件在极性分子作用下能够产生稳定持续的电能，为解决微纳电子器件的微电源的维护和替换难题提供了新的思路。因此，希望有越来越多的人来研究制备自供电传感器件，也希望能对自供电传感器件的其他性能进行探究。相信随着纳米科技的发展，自供电传感器件作为一种优秀的纳米功能器件，具有非常广阔的前景。
大学生创新创业训练计划项目结题报告
6 参考文献
[1] X. Wang, B. Ding, M. Sun, J. Yu, G. Sun, Nanofibrous poly-ethyleneimine membranes as sensitive coatings for quartz crystal microbalance-based formaldehyde sensors. Sens. Actuators B, Chem., 144 (2010) 11-17. [2] H. Bagheri, M. Ghambarian, A. Salemi, A. Es-Haghi, Trace determination of free formaldehyde in DTP and DT vaccines and diphtheria-tetanus antigen by single drop microextraction and gas chromatography -mass spectrometry. J. Pharmaceutical Biomed.Anal., 50 (2009) 287-292. [3] M. Yoosefian, H. Raissi, A. Mola, The hybrid of Pd and SWCNT (Pd loaded on SWCNT) as an efficient sensor for the formaldehyde molecule detection: a DFT study, Sens. Actuators B 212 (2015) 55-62. [4] Y. Zhang, M. Zhang, Z.Q. Cai, M.Q. Chen, F.L. Cheng, A novel electrochemical sensor for formaldehyde based on palladium nanowire arrays electrode inalkaline media, Electrochimica Acta 68 (2012) 172-177. [5] J.R. Hopkins, T. Still, S. Al-Haider, I.R Fisher, A.C. Lewis, P. W. Seakins, A simplified apparatus for ambient formaldehyde detection via GC-pHID, Atmos. Environ. 37 (18) (2003) 2557-2565. [6] F.M. Ren, L.P. Gao, Y.W. Yuan, Y. Zhang, A. Alqrni, O. M. Al-Dossary, J.Q. Xu, Enhanced BTEX gas-sensing performance of CuO/SnO2 composite, Sens. Actuators B 223 (2015) 914-920. [7] N. Han, Y.J. Tian, X.F. Wu, Y.F. Chen, Improving humidity selectivity in formaldehyde gas sensing by a two-sensor array made of Ga-doped ZnO, Sens. Actuators B 138 (1) (2009) 228-235. [8] S.P. Zhang, T. Lei, D. Li, G.Z. Zhang, C.S. Xie, UV light activation of TiO2 for sensing formaldehyde: how to be sensitive, recovering fast, and humidity less sensitive, Sens. Actuators B 202 (2014) 964–970. [9] R.Q. Xing, L. Xu, Y.S. Zhu, J. Song, W.F. Qin, Q.L. Dai, D.L. Liu, H.W. Song, Three-dimensional ordered SnO2 inverse opals for superior formaldehyde gas-sensing performance, Sens. Actuators B 188 (2013) 235-241. [10] V. Selvamanickam, R. Mallick, X. Tao, Y. Yao, M. Heydari Gharahcheshmeh, A.
大学生创新创业训练计划项目结题报告
Xu, Y. Zhang, E. Galstyan, G. Majkic, Improved flux pinning by prefabricated SnO2 nanowires embedded in epitaxial YBa2Cu3Ox superconducting thin film tapes, Supercond. Sci .Tech 29 (2016) 085016-085028. [11] L.A. Ma, Z.H. Wei, X.Y. Ye, T. Lin, T.L. Guo, Structure and enhanced field emission properties of cone-shaped Zn-doped SnO2 nanorod arrays on copper foil, Mat. Let. 174 (2016) 32-35. [12] G.E. Unni, T.G. Deepak, A. Sreekumaran Nair, Fabrication of CdSe sensitized SnO2 nanofiber quantum dot solar cells, Mat. Sci. Semicon. Proc. 41 (2016) 370-377. [13] W.W. Chen, Y.K. Liu, Z.J. Qin, Y.M. Wu, S.H. Li, N.L. Gong, Improved ethanediol sensing with single Yb ions doped SnO2 nanobelt, Ceram. Int. 42 (2016) 10902-10907. [14] J. Jang, S. Choi, S. Kim, M. Hakim, I. Kim, Rational design of highly porous SnO2 nanotubes functionalized with biomimetic nanocatalysts for direct observation of simulated diabetes, Adv. Funct. Mater. 26 (2016) 4740-4748. [15] L. L. Zhu, M. H. Hong, G. W. Ho, Hierarchical assembly of SnO2/ZnO nanostructures for enhanced photocatalytic performance, Scientific reports, 5 (2015) 11609-11619.
[16] L. L. Zhu, M. H. Hong, G. W. Ho, Fabrication of wheat grain textured TiO2/CuO composite nanofibers for enhanced solar H2 generation and degradation performance, Nano Energy, 11 (2015) 28-37. [17] E. Comini, G. Sberveglieri, Metal oxide nanowires as chemical sensors, Mater. Today 13 (2010) 28-36. [18] F. Schedin, A.K.Geim, S.V. Morozov, E.W. Hill, Detection of individual gas molecules adsorbed on graphene, Nat. Mater. 6 (2007) 652-655. [19] Y. Lin, W. Wei, Y.J. Li, F. Li, J.R. Zhou, D.M. Sun, Y. Chen, S.P. Ruan, Preparation of Pd nanoparticle-decorated hollow SnO2 nanofibers and/ their enhanced formaldehyde sensing properties, J. Alloys Compd. 651 (2015) 690-698. [20] H.Y. Du, J. Wang, M.Y. Su, P.J. Yao, Y.G. Zheng, N.S. Yu, Formaldehyde gas sensor based on SnO2/In2O3 hetero-nanofibers by a modified double jets electrospinning process, Sens. Actuators B 166-167 (2012) 746-752.
大学生创新创业训练计划项目结题报告
[21] S. Chen, Y. Qiao, J. Huang, H. Yao, Y. Zhang, Y. Li, J. Du, W. Fan. One-pot synthesis of mesoporous spherical SnO2@graphene for high-sensitivity formaldehyde gas sensors. RSC Advances 6(30) (2016) 25198-25202. [22] X. Li, J. Wang, D. Xie, J.L. Xu, R.X. Dai, L. Xiang, H.W.Zhu, Y.D. Jiang, Reduced graphene oxide/hierarchical flower-like zinc oxide hybrid films for room temperature formaldehyde detection, Sens. Actuators B 221 (2015) 1290-1298. [23] H.J. Kim, J.H. Lee, Highly sensitive and selective gas sensors using p-type oxide semiconductors: Overview, Sens. Actuators B 192 (2014) 607-627. [24] J. Huang, L. Wang, C. Gu, M. Zhai, J. Liu, Preparation of hollow porous Co doped SnO2 microcubes and their enhanced gas sensing property, Cryst Eng Comm 15 (2013) 7515-7521. [25] M. Chi, Y. Zhao, Adsorption of formaldehyde molecule on the intrinsic and Al-doped graphene: A first principle study, Comput. Mater. Sci. 46 (2009) 1085-1090. [26] H.H. Kim, J.W. Yang, S.B. Jo, B. Kang, S.K. Lee, H. Bong, G. Lee, K.S. Kim, K. Cho, Substrate-induced solvent intercalation for stable graphene doping, ACS Nano 7 (2013) 1155-1162. [27] J. Park, W. H. Lee, S. Huh, S. H. Sim, S. B. Kim, K. Cho, B. H. Hong, K. S. Kim,Work-function engineering of graphene electrodes by self-assembled monolayers for high-performance organic field-effect transistors, J. Phys. Chem. Lett. 2 (2011) 841-845. 14