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目的:利用石墨烯/氮化镓肖特基异质结构建一种新型的葡萄糖传感器,并对其灵敏度、线性检测范围、最低检出限和选择性等传感特性进行深入研究。方法:通过转移工艺将单层石墨烯覆盖于氮化镓单晶表面形成肖特基异质结构,将不同浓度葡萄糖溶液滴加到石墨烯表面并干燥后,利用探针台测量葡萄糖/石墨烯/氮化镓体系的电流-电压曲线,并获得开启电压,从而建立葡萄糖浓度和开启电压的对应关系。基于该对应关系可拟合得到标准曲线,并可计算出传感器的灵敏度、线性检测范围和最低检出限等传感参数,进一步将刀豆蛋白A分子修饰在石墨烯表面,实现石墨烯/氮化镓肖特基异质结对于复杂体系中葡萄糖浓度的选择性检测。结果:该新型葡萄糖传感器的标准曲线为U=0.22363+1.89968×10-4C、灵敏度为189.968 V·M-1、最低检出限为0.330μM、线性检测范围为1~1000μM、7次重复实验的相对标准差为2.89%、15天前后实验的相对标准差为0.03‰、刀豆蛋白A分子修饰样品表面后各干扰物质的影响程度均低于1.50%。结论:石墨烯/氮化镓肖特基异质结传感器是一种基于开启电压这一新型传感特性的葡萄糖传感器,其结构简单,易于制备,耐磨损腐蚀,性能优异,具有一定的应用前景。 ...
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二维纳米材料具有高机械强度和比表面积、大量表面官能团、良好的亲水性及生物相容性,是固定化酶的良好载体。本文选取经典的氧化石墨烯(GO)以及新型的过渡金属碳/氮化合物(MXenes),分别介绍了它们的制备方法和结构、物理和化学性质,综述了它们在固定化酶领域的应用研究,并进行了比较。文中指出:GO由石墨烯经化学氧化再剥离制得,MXenes由其前体经刻蚀制得,不同的氧化或刻蚀方法制得的材料在组成、结构、性能等方面存在差异。GO表面的可反应官能团更多,包括羟基、羧基和环氧基,故在固定化酶领域应用广泛。MXenes固定化酶则主要利用表面的羟基反应或负电荷吸附,目前主要用于制备生物传感器。最后指出这两种材料还存在制备效率低、纳米片易聚集、循环利用性差等问题。今后的发展方向是要开发更为简单和安全的材料制备方法,探索更为有效的插层和剥离手段以及改善固定化酶的回收策略,进一步推进二维纳米材料在固定化酶领域的应用。 ...
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化学气相沉积法生长的单层石墨烯具有卓越的力学、热学和电学特性,成为新一代纳米器件的首选材料。对石墨烯电子特性的理论研究有利于推动纳米器件的发展与应用。本文基于密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法,系统地研究了石墨烯及石墨烯/氮化硼的电子结构特性。结果表明,在高对称K点,带隙为零。在50~400 K范围内,由于费米面的电声子散射作用,单层石墨烯的迁移率随着温度增加呈现显著下降趋势。此外,通过对不同层间距的石墨烯/氮化硼结构的能带、态密度、电子密度等特性分析,发现随着层间距增加,能带间隙减小,导带与价带间的能量差减小。随着原子个数的增加,石墨烯/氮化硼超胞结构与原胞结构的带隙开度变化规律一致,这对石墨烯基器件的结构设计具有一定的指导意义。 ...
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石墨烯具有优异的光学性质和电学性质,在快速宽光谱光电探测方面有极大的潜力。本文设计并制备一种高性能石墨烯/n型金字塔硅异质结近红外光探测器。高质量石墨烯是采用化学气相沉积法制备的,通过湿法转移将其转移到n型金字塔硅表面,从而获得具有垂直结构的石墨烯/金字塔硅异质结器件。测试结果表明,在无光照条件下,器件的整流比达到了6.9×105;在970 nm近红外光的照射下,电流开关比高达5.3×104,电流响应度、外量子效率、光电压响应度和比探测率分别可达577.6 mA·W-1、73.97%、1.26×106V·W-1和4.92×1012Jones。此外,器件具有快的响应速度,上升和下降时间分别为22μs和14.5μs。最后,还对器件稳定性进行研究,在空气环境中放置3个月后,光电流基本没有衰减,表明了器件具有优异的空气稳定性。 ...
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产业研究
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近年来,随着抗生素的滥用和不加控制的排放,水体中抗生素的检测已经成为环境分析的一个重要研究领域.本文采用简单的超声方法将超薄石墨相氮化碳纳米片(g-C3N4Ns)固定在氧化石墨烯(GO)的表面,形成g-C3N4Ns/GO纳米复合材料,制备了一种基于石墨相氮化碳/氧化石墨烯的新型电化学传感器,用于环境水样中左氧氟沙星(LEV)的检测.在优化的实验条件下,利用差分脉冲伏安法(DPV)对LEV进行检测,线性范围为0.25~90μmol·L-1,检出限为0.073μmol·L-1.该传感器具有良好的稳定性、灵敏度、抗干扰能力和制备简单等优势,并成功地用于测定河水和自来水样中的LEV,具有良好的回收率,为左氧氟沙星的灵敏检测提供了一种可行的方案. ...
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超高导电铜具体是指常温下电导率高于100%IACS的铜基复合材料。在铜基复合材料中增强体的选择会对复合材料的电导率产生重大影响。近年来,随着对碳纳米管和石墨烯的进一步研究,具有良好本征特性的碳纳米材料逐渐成为了当下研究的热门。对于铜基复合材料而言,纳米碳具有作为增强体的巨大潜力,成为主要研究开发的材料,近年来随着科技社会的快速发展,许多新兴领域,如航空航天、精细金属部件、传感器等,对材料的导电性能提出更高的要求,对超高导电铜的需求也日益迫切。综述了超高导电铜的发展现状,包括应用材料体系、增益机制、研究现状以及未来应用前景。 ...
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纳米纤维素(CNF)作为一种天然大分子,碳化后得到的碳纳米纤维素(C-CNF)拥有类似石墨结构,将其用于石墨烯与聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜的组装,可构建高性能稳定堆积结构的电加热薄膜。采用溶液共混法制备石墨烯/C-CNF/PVDF(GCP)分散液,利用真空干燥法制备出GCP薄膜。通过研究得出,GCP薄膜的电阻控制在40.6~74.6Ω,与石墨烯/PVDF薄膜的电阻(89Ω)相差不大。不同石墨烯质量分数的GCP薄膜平衡温度随电压增加呈线性增加,GCP-03膜在6 V电压下可快速达到158℃,与其他薄膜相比温度最高。GCP薄膜在相同电压下可保持在一定平衡温度范围内,电阻呈逐渐降低至一定范围稳定的趋势,薄膜在电阻和温度变化方面具有一定的可控性。从红外热成像得出,GCP膜具有电热性能优良、热稳定性能良好和热量分布均匀等特点,这些优势将利于功能性纺织品在航空航天和工业等各种领域中发挥更大作用。 ...
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