石墨烯及其衍生物在离子传感中的应用

离子传感器的检测对象主要是在水中痕量存在的、但对人体健康或生态环境有重大影响的离子。石墨烯独特的热学、电学与机械性质使得其在离子传感领域受到广泛的关注。目前,人们通过对石墨烯进行修饰和功能化,得到了石墨烯的诸多衍生物和相关的复合材料,满足了不同条件下的传感要求。本文主要选取了石墨烯及其衍生物在Hg~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)、K~+等传感中的应用进行了简要介绍,对这些石墨烯及其衍生物基离子传感器的传感机理进行了概括性说明,并对石墨烯及其衍生物基离子传感器的发展趋势进行了展望。     

基于石墨烯的光学生物传感器的研究进展

近年来,随着石墨烯研究热潮的兴起,将石墨烯用于生物及化学检测的工作也日益增多.本文着重介绍了基于石墨烯及氧化石墨烯(GO)的光学生物传感器,特别是基于石墨烯的荧光共振能量转移(FRET)传感器以及比色法传感器的设计思想和传感特性.     

基于石墨烯及其衍生物的生物传感系统

由于石墨烯或其衍生物具有的独特的电、热、机械、光及电化学性能,特别是单层石墨烯或其衍生物极高的载流子迁移率、良好的导电性、高比表面积、易于功能化、强荧光猝灭性和生物分子亲和力,尤适于生物传感系统的构建。本文对近几年来石墨烯及其衍生物在场效应晶体管、电化学、压电晶体、光致发光及电化学发光生物传感系统方面的研究情况进行了综述。     

石墨烯基微电极的制备及其在电化学传感中的应用

微电极由于灵敏度高、响应快、样品用量少、操作简便等特点,近年来在化学分析、生物医学、食品安全、环境检测等领域引起人们的广泛关注。 石墨烯具有超高的比表面积、优异的电子迁移率及良好的生物相容性等优点,近年来在电化学传感领域展示出巨大的发展前景。 本文围绕石墨烯基微电极的制备及其在电化学传感中的应用展开,总结了近年来国内外同行基于石墨烯修饰微电极和石墨烯微电极在重金属离子、多巴胺、葡萄糖、H₂O₂等分子检测方面取得的研究成果。 同时探讨了石墨烯基微电极在电化学传感方面面临的挑战和发展前景。     

仿生光子晶体纤维的研究进展

光子晶体纤维是由光子晶体结构组成的纤维, 具有高饱和度的结构色彩; 其结合响应性材料或柔性基质可制备各种传感响应性光子晶体纤维, 在可穿戴智能传感设备方面具有应用潜力. 自然界中存在许多光子晶体纤维结构, 比如雪绒花花瓣的绒毛, 撒哈拉沙漠银蚂蚁的毛发, 黑嘴喜鹊羽毛等, 光子晶体纤维的研究对于取代传统纺织业的化学染料具有重要意义. 本综述总结了光子晶体纤维的概念、仿生制备方法、性能及相关应用, 并对光子晶体纤维在纺织业和智能传感领域的应用前景进行展望, 该综述对于发展光子晶体纤维的制备方法及潜在应用具有重要意义.     

液相剥离石墨烯的电化学传感应用

石墨烯是一种新型二维碳材料,其比表面积大、导电性好、催化活性高、吸附能力强,是构筑高性能电化学传感器的理想材料。相对于石墨烯常用的氧化还原制备方法而言,液相剥离法具有过程简单、可控性强、高效环保以及对石墨烯结构破坏小等特点,在电化学传感领域备受关注。基于本课题组及国内外学者近年来的相关工作,本文重点综述了三种液相剥离石墨烯制备方法的原理,包括超声剥离、液相球磨剥离和电化学剥离,以及他们在电化学传感中的应用进展,并对未来研究进行了展望。     

化学响应性光子晶体

光子晶体是一种具有光子带隙结构的周期性电介质材料,如果将响应性材料组装到光子晶体结构中,所形成的光子晶体的带隙结构则对外界环境的变化具有响应性,而被称为响应性光子晶体。响应性光子晶体作为光子晶体的一个新领域,由于其在传感器,生物医学,临床检测等方面的潜在应用,近几年受到广泛关注。根据外界环境的不同,响应性光子晶体可简单分为化学响应性光子晶体、物理响应性光子晶体和生物响应性光子晶体等。本文将对化学响应性光子晶体的国内外研究动态做一简要介绍,重点介绍以下五种化学响应性光子晶体:金属离子响应光子晶体、pH响应光子晶体、氧化还原响应光子晶体、葡萄糖响应光子晶体和光化学响应光子晶体。     

基于石墨烯修饰电极的电化学生物传感

石墨烯是一种具有单原子厚度的二维碳纳米材料,具有大的比表面积、高的导电性和室温电子迁移率,以及优异的机械力学性能.石墨烯还具有电化学窗口宽,电化学稳定性好,电荷传递电阻小,电催化活性高和电子转移速率快等电化学特性.化学修饰石墨烯,特别是氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO),可以被宏量、廉价地制备出来.它们具有可加工性能,可以被组装、加工或复合成具有可控组成和微结构的宏观电极材料.因此,石墨烯及其化学修饰衍生物是用于电化学生物传感的独特而诱人的电极材料.例如,GO是一种化学修饰石墨烯,也是石墨烯的重要前驱体;其边缘具有大量的羧基可用于共价固定酶,从而能实现酶电极的生物检测.在GO上的不可逆蛋白吸附也可以促进蛋白质的直接电子转移以提高其电化学检测性能.但是,GO大量的含氧官能团破坏了石墨烯本征的共轭结构,降低了其电学性能并限制了其实际应用.GO可以通过化学、电化学、热还原等技术转化成rGO,从而能部分修复其共轭结构,提高其导电性与传感性能.另一方面,石墨烯是一种零带隙材料;原子掺杂可以调控其能带结构,提高其电催化性能.石墨烯材料也常常需要通过与其它功能材料的复合进一步改善其可分散与可加工性能,提高其电催化活性和电化学选择性.本文综述了本征石墨烯(包括GO,rGO和掺杂石墨烯)以及石墨烯与生物分子、高分子、离子液体、金属或金属氧化物纳米粒子等复合材料修饰电极在检测各种生物分子方面的研究进展,并对该研究领域进行了展望.     

石墨烯基人工智能柔性传感器

皮肤是人体最大的器官,能够感知和应对复杂的环境刺激。以石墨烯作为核心部件制备的柔性传感器具有很强的刺激感知能力,可以模拟人体皮肤的柔韧性和拉伸性,是目前最具商业化潜力的可穿戴传感技术。本文首先介绍了传感器的压阻式、电容式、压电式、晶体管式等不同工作机制和评价其性能的如灵敏度、检测范围、响应速度等参数,总结了石墨烯的优点和制备方法。结合本课题组在石墨烯复合聚苯胺、银纳米粒子、碳纳米管和量子点等构建多功能石墨烯基柔性传感器的研究基础,从检测对象的种类出发,重点阐述了石墨烯基柔性传感器在检测压力、应变、温度、湿度、化学分子、生物分子和气体等单一目标物的性能以及石墨烯基多功能柔性传感器的应用。最后,对石墨烯基柔性传感器的未来发展方向做了展望。     

增塑的PVC涂膜压电晶体传感器阵列用作香味传感系统

增塑的ＰＶＣ涂膜压电晶体传感器阵列用作香味传感系统曹忠，林辉概，王彬锋，王柯敏，陈泽忠，俞汝勤（湖南大学化学化工系，长沙，４１００８２）关键词阵列，压电晶体传感器，增塑的ＰＶＣ涂膜，香味传感系统吸附活性物质如类脂化合物等涂膜的压电晶体传感器（ＰＣＳ）...     

石墨烯纤维材料的化学气相沉积生长方法

石墨烯纤维材料是以石墨烯为主要结构基元沿某一特定方向组装而成或由石墨烯包覆纤维状基元形成的宏观一维材料。根据组成基元的不同可将石墨烯纤维材料分为石墨烯纤维和石墨烯包覆复合纤维。石墨烯纤维材料在一维方向上充分发挥了石墨烯高强度、高导电、高导热等特点,在智能纤维与织物、柔性储能器件、便携式电子器件等领域具有广阔的应用前景。随着化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)制备石墨烯薄膜技术的发展,CVD技术也逐渐应用于石墨烯纤维材料的制备。利用CVD法制备石墨烯纤维可避免传统纺丝工艺中繁琐的氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)还原过程。同时,通过CVD法直接将石墨烯沉积至纤维表面可以保证石墨烯与纤维基底之间强的粘附作用,提高复合纤维的稳定性,同时可实现对石墨烯质量的有效调控。本文综述了石墨烯纤维材料的CVD制备方法,石墨烯纤维材料优异的力学、电学、光学性质及其在智能传感、光电器件、柔性电极等领域的应用,并展望了CVD法制备石墨烯纤维材料未来的发展方向。     

石墨烯基纤维储能器件的研究进展与展望

随着小型化、可穿戴等特征的智能电子以及物联网传感设备的发展,新型纤维状柔性化、小型化电化学储能器件已成为重要的研究方向。同时,对纤维材料和柔性储能器件的性能提出了更高的要求,如可任意弯折、可拉伸、可折叠、高储能密度等。石墨烯纤维具有独特的结构、优异的导电性、良好机械性能和电化学性质,已证明了是一种极具前景、高性能的新型纤维状柔性储能材料。目前,研究者已开发了多种石墨烯基纤维微观结构的调控策略来进一步改进其性能。本文首先系统总结了石墨烯基纤维的制备方法和其性能提升的策略,然后详细讨论其在柔性化纤维状超级电容器、金属离子电池、热电发电机、太阳能电池和相变材料等储能领域中的最新应用进展。最后,对石墨烯基纤维在能源存储和转换领域中存在的挑战和机会进行了展望。     

石墨烯纤维：制备、性能与应用

石墨烯纤维是一种由石墨烯片层紧密有序排列而成的一维宏观组装材料。通过合理的结构设计和可控制备,石墨烯纤维能够将石墨烯在微观尺度的优异性能有效传递至宏观尺度,展现出优异的力学、电学、热学等性能,从而应用于功能织物、传感、能源等领域。目前,石墨烯纤维主要通过湿法纺丝、限域水热组装等方法制备得到,其性能可以通过对材料体系和制备工艺的优化而进一步提升。本文首先介绍了石墨烯纤维的制备方法,然后详细阐述了石墨烯纤维的性能,讨论了其性能提升策略,并总结了石墨烯纤维的应用,最后对石墨烯纤维的未来发展、挑战和前景进行了展望。     

湿法纺制石墨烯纤维：工艺、结构、性能与智能应用

石墨烯纤维是由石墨烯片层通过组装过程形成的宏观一维材料。其具有较好的耐热性、导热性、导电性以及轻质高强等优点,是实现高品质、功能化纤维的重要突破口。石墨烯纤维在超轻导线、可穿戴储能、传感、生物电极等领域具有广阔应用前景。目前,湿法纺制技术是石墨烯纤维的最主要制备手段,与现有的化学纤维制备过程兼容,是最有望实现规模化制备高品质石墨烯纤维的技术。本文首先介绍了湿法纺制石墨烯纤维工艺中的关键步骤,重点讨论了制备技术与石墨烯纤维结构之间的关系。论述了提升纤维性能的相关策略,总结了石墨烯纤维在功能/智能纤维领域应用。并对提升石墨烯纤维性能的关键问题进行总结阐述,展望了石墨烯纤维的发展前景。     

石墨烯在自供能传感系统中的应用

随着现代社会智能化的加速发展,传感系统中传感器的数量、密度和分布范围不断增加,传统的供能方式难以满足如此复杂多变的传感器供能需求,从周围环境中收集能量并转化为电能的自供能传感器件是解决这一难题的有效途径。石墨烯不仅具有优异的传感性能,而且在各种能源器件中有广泛的应用,这为基于石墨烯的自供能传感器件设计提供了便利。近年来,人们已经研究和发展了多种多样的石墨烯自供能传感器件。本文基于自供能器件的基本能量供给原理,包括电化学供能、光伏供能、摩擦电供能、水伏供能以及热电、压电、热释电等其它供能,分别介绍了石墨烯在自供能传感器件中的应用,并展望了基于石墨烯的自供能传感器件的未来发展、挑战和前景。     

功能化石墨烯材料：定义、分类及制备策略

自2004年被成功制备后,石墨烯因其独特迷人的性质在近十几年来备受关注,同时也引发了二维纳米材料的研究热潮。单原子层厚度的二维结构赋予石墨烯非同寻常的光学、电子学、磁学及力学等性质,使得石墨烯在生物学、医学、化学、物理学和环境科学等多个领域展现出极大的应用潜力。制得注意的是,石墨烯在应用时通常需要进行功能化,调节其组成、大小、形状和结构等,以便于加工处理或满足不同的应用需求。石墨烯功能化方法多样,功能化产物也是种类繁多。然而,到目前为止,石墨烯功能化产物并没有系统全面的分类和精确的定义。因此,本文在系统总结现有石墨烯功能化研究的基础上,给出了石墨烯功能化产物的系统分类、各类的精确定义和相应的制备策略,并通过典型示例进行了详细地阐述。石墨烯功能化的产物统称为“功能化石墨烯材料”,分为两类：“功能化石墨烯”和“功能化石墨烯复合材料”。功能化石墨烯材料的制备可由“自上而下”和“自下而上”两种策略实现。制备策略的选择取决于应用需求。系统分类、精确命名和制备策略的归纳必将有助于功能化石墨烯材料的进一步发展。     

烯碳纤维基能源器件的研究进展

纤维状能源器件的研究极大地推动了可穿戴电子设备的快速发展。烯碳纤维主要包括碳纳米管纤维和石墨烯纤维,其微观组成单元具有独特的碳碳共轭分子形态,宏观结构具有高度可调控性,表现出高的比强度、优良的导电性和导热性、以及良好的机械柔韧性等,被广泛应用于先进能源器件的研究和开发,有效促进了柔性可穿戴电子器件的发展。本文综述了烯碳纤维基能源器件包括能量转换和储能器件等的研究和应用进展,具体介绍了烯碳纤维基太阳能电池、湿气发电机、热电发电机、超级电容器以及电化学电池等的最新成果,重点讨论了烯碳纤维基能源器件的制备方法和可穿戴应用,分析了烯碳纤维基储能及能量转换器件面临的问题和挑战,期望能够为未来高性能纤维基可穿戴能源器件的发展提供有价值的研究思路。     

超级电容器用石墨烯薄膜：制备、基元结构及表面调控

石墨烯薄膜是一种以石墨烯纳米片为基元结构的宏观体,通过合理的结构设计和表面修饰使其具有优异的电学、力学和热学性能,将在电化学储能、电子器件、健康和环保等领域具有潜在的应用。本文主要综述了从石墨烯基元调控到二维宏观膜组装以及石墨烯薄膜在超级电容器应用中的研究进展。主要介绍了石墨烯薄膜的简易制备方法,并详细介绍了通过对石墨烯基元的结构调控和表面修饰来优化石墨烯薄膜电化学性能的两大策略,最后对石墨烯薄膜应用所面临的挑战和未来的发展进行了总结与展望。     

烯碳材料在人工肌肉领域的应用进展

随着仿生机器人、智能控制及人工智能等领域的发展,传统的机械驱动方式已无法满足相关领域对致动系统提出的柔性、高效及多源刺激响应性等要求,因此需发展新型的人工肌肉材料。以碳纳米管和石墨烯为代表的烯碳材料具有轻质、高强、高电导率和柔性等特征,在人工肌肉领域展现出了巨大的应用潜力。以烯碳材料为基元构筑宏观组装体材料,或以烯碳材料为添加相制备纳米复合材料,可在微观和宏观架起桥梁,实现烯碳材料在人工肌肉领域的应用。本文基于上述两种应用形式,综述了烯碳材料在人工肌肉领域的应用进展。首先从一维纤维和二维薄膜的烯碳人工肌肉宏观表现形态出发,介绍了既作为结构材料,又提供了响应、驱动功能的烯碳材料在人工肌肉中的应用。接着从机电性能、可编程的响应形变以及传感功能三个方向,介绍了烯碳材料作为增强赋能相在人工肌肉材料中的功能性应用。最后阐述了基于烯碳材料人工肌肉的机遇与挑战。     

基于硒化镓纳米片填充的空芯光纤超高二次谐波增强

与传统的光学晶体相比,全光纤功能器件由于和光纤系统的天然兼容性,被认为是下一代集成光学的重要研究方向,吸引了人们的广泛关注。然而,由于二氧化硅固有的中心反演对称性质,光纤中的二阶非线性光学过程仍有待探索,这在可调谐超快激光、全光信号处理、成像和光通信等商业全光纤非线性光学应用中具有重要意义。因此,我们提出了一种新的溶液填充方法,可有效地将具有高非线性的硒化镓纳米片直接沉积在长度达半米的空芯光纤(HCF)的内孔壁上。此外,采用制备的硒化镓纳米片-空芯光纤(GaSe-HCF)作为光频率转换器,其二次谐波(SHG)比嵌入MoS₂的HCF和普通HCF分别提高了2个数量级和3个数量级。我们的研究成果将拓展其它非线性材料在全光纤高端非线性光学和光电子学中的应用,并提供新的制备思路。