科技博览

石墨烯在室温和普通光照下可产生电流美国麻省理工学院及哈佛大学的研究人员发现,石墨烯可以对光产生不同寻常的反应,在室温和普通光照射下,就可以发生热载流子效应,产生电流。这一发现不仅为石墨烯再添新奇属性,更有希望使其在太阳能电池、夜视系统、天文望远镜及半导体传感器等应用领域发挥作用。     

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石墨烯在室温和普通光照下可产生电流美国麻省理工学院及哈佛大学的研究人员发现,石墨烯可以对光产生不同寻常的反应,在室温和普通光照射下,就可以发生热载流子效应,产生电流。这一发现不仅为石墨烯再添新奇属性,更有希望使其在太阳能电池、夜视系统、天文望远镜及半导体传感器等应用领域发挥作用。     

石墨烯纳米复合材料在电化学免疫传感器中的应用

石墨烯纳米复合材料由于其优异的电化学性质和生物相容性被广泛的应用于制备超灵敏的电化学免疫传感器.通过与其他纳米材料复合,石墨烯的良好导电性等优点被放大,而易聚集、堆叠、生物相容性较差等缺点被克服.因而,对石墨烯的改性工作成为当下研究的热点.本文综述了石墨烯纳米复合材料在构建电化学免疫传感器中应用,包括石墨烯与金属、金属氧化物、高分子聚合物等的纳米复合材料,并对石墨烯纳米复合材料在电化学免疫传感领域的发展方向和前景做出了展望.     

应力作用下石墨烯在磁场中的隧穿特性

研究了在垂直作用磁场驱动下的应变石墨烯单层的隧穿性质,通过转移矩阵给出了穿过一个磁势垒的透射率。研究发现在小角度散射中,与处于电势垒中的克莱因隧穿不同,磁场可以把电子束缚在一个应变的磁势垒中。只要入射能量不是很大,应变的存在可以显著增加定向透射率,这在技术应用中很重要,而大的入射能量能完全把应变的效应去除,使得应变的石墨烯和理想石墨烯几乎具有相同的隧穿性质。     

手性石墨烯薄膜拉伸力学性能分子动力学研究

基于分子动力学方法,用Tersoff势函数描述碳原子性质,研究了手性取向对石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响。通过构建不同手性的石墨烯薄膜模型,在周期性边界条件下采用NVT系综,以变形方式分别对不同手性的石墨烯薄膜施加均匀应变,模拟了拉伸变形条件下手性石墨烯薄膜的破坏过程,得到了相应的应力-应变关系以及拉伸破坏形态。结果表明,不同的手性取向对石墨烯薄膜的杨氏模量影响不明显,拉伸强度随着手性角度的增大先迅速减小再逐渐增大,其拉伸极限应变随着手性角度的增大整体呈减小趋势。     

石墨烯在室温和普通光照下可产生电流

美国麻省理工学院及哈佛大学的研究人员发现，石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室温和普通光照射下，就可以发生热载流子效应，产生电流。这一发现不仅为石墨烯再添新奇属性，更有希望使其在太阳能电池、夜视系统、天文望远镜及半导体传感器等应用领域发挥作用。     

石墨烯结构型氨气传感器研究进展

石墨烯基气体传感器具有噪声低、能耗小和常温下即可检测等优点,在医疗诊断、气体检测和农业生产等方面有着广泛的应用。然而,传统石墨烯型传感器往往存在着恢复时间长和选择性低等问题。为了使传感器工作更加灵敏,开发基于石墨烯及其衍生物的复合新型气敏材料用以降低恢复时间和提高选择性,是当前的主要研究热点。简要介绍了近年来石墨烯复合气敏材料（如金属氧化物半导体、导电聚合物、金属有机骨架化合物、二维过渡金属碳氮化物等）用于氨气检测的研究现状,展望了其在微机电系统集成化等领域的应用前景。     

单层石墨烯薄膜拉伸破坏应变率相关性的分子动力学研究

采用Tersoff势对扶手椅型（Armchair）和锯齿型（Zigzag）单层石墨烯薄膜在不同应变率条件下的零温单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟,预测了石墨烯薄膜拉伸破坏的应变率效应.结果表明,石墨烯薄膜的拉伸力学性能具有应变率相关性.当应变率低于5×10^9s^-1时,两种不同手性的单层石墨烯薄膜的拉伸过程经历了一次强化阶段,杨氏模量均随应变率的增大而减小,抗拉强度对应变率不敏感;当应变率高于5×10^9s^-1时,拉伸过程经历了二次强化,尤其锯齿型的,杨氏模量、抗拉强度和对应的拉伸应变均随应变率的增大而显著增大.在不同的应变率下,石墨烯薄膜具有不同的拉伸破坏变形机制.在低应变率下,石墨烯沿主断裂带断裂破坏,而在高应变率下,形成了缺陷簇,具有非晶化特征.     

张应力对石墨烯能量带隙的影响

在不考虑电子与电子之间相互作用的情况下,采用紧束缚近似和线性弹性理论解析计算石墨烯在张应力作用下的能量色散.计算结果表明:沿锯齿方向的张应力能使石墨烯产生能量带隙,这个带隙是临界的,需要超过24.5％的临界变形;沿扶手椅方向的张应力不能使石墨烯产生能量带隙;石墨烯能量带隙的获得是处在第一布里渊区的两个非等价的狄拉克点合并的结果;当应变沿扶手椅方向时,2个非等价的狄拉克点随着应变的增大向相反的方向移动不会合并,而当应变沿锯齿方向时;2个非等价的狄拉克点随应变增大彼此接近,最终合并.     

基于FBG传感器的三维空间应变监测

目的研究基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的三维空间应变监测方法,实现FBG传感器对测点三维空间应变状态的监测.方法根据空间直角坐标系建立立方体框架,在框架内特定的方向上布设6个FBG应变传感器与1个FBG温度传感器形成三维空间FBG传感体.在所有传感器协同工作下,对测点的三维空间应变与温度进行监测.结果给出了基于FBG传感器的三维空间主应变,最大切应变及任意方向正应变的计算方法,并且根据该计算方法在Lab VIEW平台下开发了三维空间应变监测与分析系统.结论根据本监测方法制作的三维空间FBG传感体可以应用在房屋、桥梁、道路、大坝、雕塑等结构的监测当中.该传感体与相应的解调设备和所研发的应变监测与分析系统构成了完整的三维空间应变监测体系.     

石墨烯气凝胶与传统香精吸附剂的对比

香精与人们的生活有着紧密的联系,具有消毒杀菌、改善环境、使人舒适的作用。香精与热、光、空气或金属污染物反应产生氧化、聚合、脱氢和热重排而导致物理化学性质发生变化,微囊包封固化或吸附剂表面吸附可以解决这些问题。石墨烯气凝胶具有较大的比表面积、柔韧性、热和化学稳定性,是目前被广泛研究的吸附剂。介绍了石墨烯气凝胶的制备方法和吸附机制,与传统吸附剂的香精吸附效果进行了比较,展望了石墨烯气凝胶在香精吸附领域的应用前景。     

石墨烯位错附近应变场的离散晶格方法研究

位错是石墨烯材料中的一种重要结构缺陷.本文通过基于离散晶格方法的virial局部应变研究了石墨烯位错周围应变场.结果表明两种原子级virial局部应变,即无限小应变和有限应变,与位错弹性理论预测结果吻合较好,从而证明了virial应变分析方法的有效性.然而这两种应变存在微小差异,该差异可以用来显示位错芯域的原子结构.近邻环境对这种应变差异存在影响,根源在于不同的近邻环境对位错芯域局部变形的敏感程度不同:与次近邻环境相比,最近邻环境计算范围较小,计算出的应变差异对局部变形更加敏感.最后,提出近邻位移参数——一种显示石墨烯位错的新方法,该参数可以清晰地显示出石墨烯位错的5|7结构,并能够反映出褶皱引起的结构变化.     

光纤石墨烯FET传感器设计及其用于pH值的检测

本文设计了一种基于光纤和石墨烯场效应管的传感器,该传感器以光纤端面为平台制作金电极并涂覆石墨烯构建场效应管,通过自制双通路检测系统对不同溶液的pH值进行检测.根据石墨烯的零带隙结构,高电子迁移率与高透光性,荧光素及衍生物6-羧基荧光素在不同pH值溶液中荧光强度的不同,光纤石墨烯场效应管传感器通过光路部分和电路部分两种方法同步监测pH值的变化.本系统还可通过上位机实时反馈检测结果,提高了检测的效率和灵敏度,通过两种检测结果相互对比,提高了检测的可靠性.pH值的成功检测证明了光纤石墨烯场效应管传感器设计制作的可行性,也为多传感器的集成及其广泛应用提供了一种新的思路.     

扶手椅型石墨烯纳米带输运性质的应变调控——以微小应变作用为例

采用非平衡格林函数方法和密度泛函理论的第一性原理,计算外加非轴向微小应变作用下扶手椅型石墨烯纳米带的电子能态密度和透射谱.结果表明,半导体型扶手椅石墨烯纳米带的电子透射系数和能态密度对外加非轴向应变十分敏感,金属型扶手椅石墨烯纳米带的带隙在微小应变下即可打开.     

基于石墨烯复合薄膜的应变传感器及性能分析

为了克服现有应变传感器在结构健康监测上的不足,以还原氧化石墨烯(rGO)为导电填料,纳米纤维素(CNF)为骨架,硅橡胶(PDMS)为弹性基体,采用溶剂挥发法,制备一种层状结构的柔性应变传感器。分析GO-CNF悬浮液分散性和rGO-CNF/PDMS薄膜传感器的机敏性能,分析传感器的应变-电阻响应机理,建立r GO-CNF/PDMS复合薄膜的压阻行为预测理论模型。研究结果表明:CNF能有效协助rGO的分散,CNF相互交叉、搭接有助于在PDMS基底表面形成多孔隙结构的rGO-CNF薄膜;rGO-CNF/PDMS传感器能承受较大的拉伸变形(应变大于80%),可通过调整基底材料种类和厚度进行调节,并且传感器对应变具有较高的灵敏度(灵敏系数为12～41),可通过调整rGO和CNF的掺量进行调节;rGO-CNF/PDMS复合薄膜的压阻行为预测理论模型所得应变与电阻的关系与实测结果较吻合。     

采用紧束缚格林函数法研究原子吸附石墨烯纳米带电子输运

采用紧束缚非平衡格林函数法分析了扶手椅型石墨烯纳米带(AGNR)和锯齿形石墨烯纳米带(ZGNR)器件吸附H、F、O和OH这4种原子的电子输运特性。用π电子结构体系的紧束缚理论分析了GNR的电子结构;用紧束缚扩展休克理论计算了GNR碳原子与所吸附原子间的电子相互作用;用非平衡格林函数法仿真了GNR吸附原子后的电流特性。研究结果表明:在平衡态下,AGNR吸附H原子后对器件的输运谱影响最大,而吸附OH原子后使GNR的禁带宽度增加0.3eV;在非平衡态下,吸附H原子不仅增加了导带底附近态密度,而且直接在禁带引入了杂质能级,从而提高了AGNR器件产生的电流;H原子吸附在ZGNR器件产生的电流约是吸附在AGNR电流的1.5倍;H原子吸附在GNR非边界处比吸附在边界处产生的电流高。该研究结果可以对提高石墨烯气敏传感器和生物传感器的灵敏度提供理论基础。     

石墨烯在光催化中的应用和研究进展

作为一种新型纳米材料,石墨烯在很多领域都有着广泛的应用,受到了研究者们的高度关注。光催化材料和技术在解决能源和环境问题方面有着非常广阔的应用前景。石墨烯基纳米复合材料具有优良的导电性和电子迁移率、高吸附活性、高比表面积和透明度等优点,可作为一种新型的光催化剂,应用于解决我国日益严重的环境污染问题,加速推进新型能源的发展利用。在光催化应用方面,石墨烯及其复合材料由于具有材料低价易得、光生电子传输性良好和绿色环保等优点,可以在光催化降解有机物、光催化水解制氢和光催化还原二氧化碳中发挥独特作用。介绍了石墨烯材料在光催化领域中的应用,归纳总结了石墨烯参与光催化过程的可能机制。随着石墨烯在光催化领域中应用的快速发展,及时总结和讨论石墨烯在这些领域应用中的最新进展有着非常重要的意义。     

孔径尺寸对CCFPI传感器应变动态范围的影响

近年来提出的同轴电缆法布里-珀罗干涉传感器(Coaxial cable Fabry-Perot interferometer,CCFPI)是一种新型的大应变测试元件。目前,相关学者已对该传感器的传感机理和感知性能进行了初步研究。CCFPI传感器反射点处的孔径尺寸可以改变传感器的机械强度,进而影响其应变测试范围。首先阐释了CCFPI传感器的传感机理,然后从单轴拉伸实验出发,结合力学分析,对不同孔径下的传感器进行了应力、应变的测试与分析,得出应变量程随孔径尺寸变化的规律,并为传感器的合理制作提供了理论参考。     

功能化石墨烯复合材料在电化学免疫传感器中的应用

石墨烯应用于新型免疫传感器的开发已成为当前研究热点.将石墨烯与其它纳米材料复合,利用不同组分间的相互协同作用,使其应用效率进一步扩大.本文综述了近年来石墨烯复合材料在电化学免疫传感器中的应用,并展望了未来基于石墨烯复合材料的电化学免疫传感器的研究方向.     

不同缺陷类型的双层石墨烯旋转摩擦特性研究

针对缺陷石墨烯层间旋转摩擦的相关理论研究的不足,本文采用分子动力学模拟方法,构建双层石墨烯旋转摩擦的原子模型,研究缺陷类型和浓度、尺寸效应及石墨烯堆叠方式等因素对其层间旋转摩擦特性的影响,最后探讨应变工程的减摩效应。结果表明：缺陷类型和堆叠方式对其旋转摩擦特性的影响较为显著,缺陷类型的影响程度最高。当对底层石墨烯引入拉伸应变后,其旋转摩擦阻力发生衰减,并且单空位缺陷与无缺陷模型的力矩递减趋势最为相似。最后对比研究底层石墨烯的压缩应变,发现其在一定范围内使得层间摩擦增大,上述研究进一步完善了缺陷石墨烯层间旋转摩擦特性理论。