构筑高性能的二氧化锰/石墨烯超级电容器

三维泡沫镍(Ni)基石墨烯(graphene)结构具有理想的自支撑特性,但却受制于有限的容量。以三维Ni基graphene为催化基底,通过一步水热法,在三维Ni基graphene骨架上形成二氧化锰/石墨烯/泡沫镍(MnO₂/graphene/Ni)的异质结电极。MnO₂的形貌随着水热反应温度的增加而呈现出纳米花状、纳米花与纳米棒的混合结构以及纳米棒状。通过循环伏安、恒电流充放电等研究方法,发现具有纳米花状与纳米棒状混合结构的MnO₂/graphene/Ni异质结电极,在电流密度为0.1 A·g^-1时达到最大比电容193 F·g^-1,并且在电流密度为1 A·g^-1时,经过1 000次恒电流充放电后,依然保持104%的初始容量,是一种潜在的电化学性能稳定的超级电容器电极材料。     

PAN@石墨烯核-壳纳米纤维的制备及其超级电容特性研究

以静电纺丝法制备的聚丙烯腈(PAN)基碳纳米纤维为原料,铜箔为催化剂,采用化学气相沉积法合成了PAN@石墨烯核-壳纳米纤维.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱和电化学测试对样品的形貌、结构、组成以及电化学性质进行观察和分析.结果表明:化学气相沉积法能有效地制备PAN@石墨烯核-壳纳米纤维,...     

基于Si基集成技术的智能传感器应用

随着传感器向小型化、集成化、智能化方向发展,以微机电系统(MEMS)和集成电路(IC)工艺技术为基础制备智能传感器,已成为传感器领域的研究热点。本文介绍了传感器发展的历程,详述了智能传感器中Si基集成技术的单片集成(异质生长和离子注入剥离)和混合集成技术两类三种实现方法,并结合国内外现状,介绍了其在磁性、红外、热敏传感器的典型应用。     

不同接触结构对异质结电子输运特性的影响

根据近来实验上成功制备的石墨烯纳米带(GNR)/碳纳米管(CNT)异质结,构建了一种端连GNR/CNT/GNR异质结结构.采用密度泛函理论结合作平衡格林函数的第一性原理方法,研究了接触区微结构对GNR/CNT/GNR异质结电子输运特性的影响.研究结果表明,选择合适的接触微结构,在锯齿型石墨烯纳米带中插入一段扶手椅型碳纳米管能有效打开石墨烯纳米带的带宽,将其金属性转变为半导体性,这一研究有助于设计和制作性能优良的半导体分子器件.     

一本具有原创性的专著——评《压电电子学与压电光电子学》

由美国佐治亚理工学院教授、中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家王中林撰写的《压电电子学与压电光电子学》是一本具有原创性的专著.压电电子学和压电光电子学的基本概念和原理由王中林教授研究组分别于2007年和2010年首次提出,目前已成为纳米科学和技术研究的前沿和热点.在人机界面、主动式传感器、主动式柔性电子学、微型机器人、智能电子签名、智能微纳机电系统以及能源技术等领域中,压电电子学和压电光电子学具有广阔的应用前景.     

基于磁光材料的磁可调石墨烯多带吸收特性

为了改善石墨烯的吸收性能,基于石墨烯的磁光效应,提出了一种采用磁性材料构成的光子晶体异质结构。该光学结构可使石墨烯实现多带吸收。吸收带的数目可通过改变光子晶体的周期数来调节。利用4×4传输矩阵法数值研究了该光子晶体异质结构的相关参数对石墨烯吸收率的影响。结果表明:石墨烯的吸收特性表现出一定的磁圆二色性。但通过调节费米能量,在外磁场的作用,左旋圆偏振光和右旋圆偏振光均可具有较高的吸收率。研究结果为偏振光学领域石墨烯基新型光子学器件的设计制作提供了理论依据。     

结构电子学与机械电子学系统中的课题

在过去的20年中，人们亲眼目睹了生产工艺中的自动化技术革命。这个革命是建立在当前所能提供的最好的技术基础之上的，如：集成电子学、控制系统、计算机、结构与机械，而且这是从设计阶段就开始的。由传感器、执行机构和计算机设计与集成所形成的方法是结构电子学(Structronics)和机械电子学。结构电子学可以被认为将电子机械系统集成为结构，它自一开始结合时就强调了协作集成。20世纪80年代建立的机械电子学，     

基于磁弛豫原理的磁化学传感器研究进展

基于磁性纳米粒子的磁化学传感器是集纳米/微米技术、化学反应、生物技术及核磁共振技术于一体的多学科交叉、多技术集成的传感器.利用这一传感器可以检测各种金属离子、蛋白质、小分子、细菌、病毒、DNA、分子间的相互作用、细胞、肿瘤以及癌症.首先简要概述磁化学传感器的传感原理,然后重点介绍在检测方面的应用.     

基于金纳米粒子/石墨烯修饰电极的电化学DNA阻抗传感器的制备

报道了一种基于金纳米粒子/石墨烯修饰玻碳电极的电化学DNA阻抗传感器.首先在玻碳电极表面修饰一层石墨烯,然后通过电化学方法在石墨烯表面沉积一层金纳米粒子,探针DNA(含巯基)通过金硫键连接在金纳米粒子表面.电化学阻抗技术用于DNA传感器的组装表征及其特殊序列DNA的检测.在最佳的实验条件下,传感器响应信号与互补靶DNA浓度的对数在1.0×10-12-1.0×10-7M呈良好线性关系,其线性回归方程:ΔRct(Ω)=1526.6+109.9lgC,相关系数R为0.9970,检出限为3.5×10-13M(S/N=3).此外,该传感器具有良好的选择性,它能识别单碱基错配序列的靶DNA.     

用于检测六价铬的二氧化钛-石墨烯复合电化学传感器

六价铬 (Cr(VI)) 化合物可用于各种行业,但具有毒性和致癌性。本文使用二氧化钛 (TiO-₂) -还原氧化石墨烯 (rGO) 复合材料作为传感元件,制造了一种用于测定 Cr(VI) 的电流传感器。该复合材料是按照溶胶?凝胶化学合成的,产生尺寸约为 50 nm 的 TiO₂ 纳米颗粒,固定在化学剥离的 rGO 片材上。该复合材料用于三电极电化学电池并以电流模式运行,对 50?500 ppb Cr(VI) 表现出良好的响应。对 pH 3 Mcilvane 缓冲介质的最佳结果显示灵敏度为 9.12 × 10?4 ppb?1,检测限为 6 ppb,200 ppm Ca(II)、150 ppm Mg(II) 和 50 ppb Pb(II) 没有信号干扰。TiO₂-rGO 传感器的优异结果可归因于TiO₂和 rGO 之间的协同效应,这是由于 n-p 异质结的存在和 rGO 上TiO₂ 纳米颗粒的形成。     

基于电沉积石墨烯/普鲁士蓝/壳聚糖复合薄膜的葡萄糖生物传感器（英文）

在玻碳电极表面通过三步电沉积法制备了石墨烯/普鲁士蓝/壳聚糖复合薄膜葡萄糖生物传感器.通过循环伏安法将氧化石墨烯电化学还原,在电极表面直接得到石墨烯纳米层,在石墨烯纳米层上成功电沉积得到普鲁士蓝纳米粒子和葡萄糖氧化酶-壳聚糖复合薄膜,制备的修饰电极通过电化学方法以及扫描电镜分析了其性能与结构.在最优条件下,该生物传感器表现出了灵敏度高(50.29 mA·L·mol~(-1)·cm~(-2))、检测限低(12μmol·L~(-1))、响应时间短(3 s)等特点.电极响应电流与葡萄糖溶液浓度在0.02～10 mmol·L~(-1)范围内具有较好的线性关系.此外,在对人体血清样本的检测中,该传感器同样表现出优异的性能,对血清中常见物质具有较强的抗干扰能力.     

中科院大连化物所研发石墨烯基柔性化超级电容器

正中科院大连化物所研究员吴忠帅带领二维材料与能源器件研究团队,在柔性化、微型化石墨烯基超级电容器研究方面取得新进展,成功获得了二维噻吩纳米片与石墨烯叠层结构复合薄膜,并应用于高性能、柔性化、微型化超级电容器。相关成果近日发表于《先进材料》。研究团队将甲烷等离子体还原技术和光刻微加工技术相结合,制备出石墨烯基高功率平面微型超级电容器。该     

石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的制备与热膨胀特性分析

石墨烯/高分子基纳米复合材料因其各项优异性能而备受关注,但关于石墨烯/高分子基纳米复合材料的制备及热膨胀特性的研究尚未成熟,针对这一问题,笔者首先利用超声波分散、行星搅拌及恒温固化等技术制备石墨烯/环氧树脂纳米复合材料,并对制备工艺进行逐步改进,最终得到了一套较为完善的制备工艺。实验中石墨烯的质量分数为1.0%~5.0%。然后对所制备纳米复合材料的导电性进行测试,同时对该纳米复合材料在30~120℃范围内的热膨胀特性进行了测试与分析。研究结果表明:通过添加石墨烯,可得到具有较好导电特性的高分子基复合材料,并可有效降低高分子树脂材料的热膨胀率,且随着石墨烯含量比的增加,纳米复合材料的热膨胀率降低幅度会更大。     

纳米石墨烯的减摩抗磨研究进展

近年来,纳米石墨烯在摩擦学领域引起了一番新的热潮,纳米石墨烯因具有独特的物化性能、超薄层间结构和优良的自润滑性能,将其作为润滑添加剂能够显著提高机体的摩擦学性能。文中综述了纳米石墨烯作为固体润滑剂、水基润滑添加剂和油基润滑添加剂以及与其他纳米粒子的复合材料作为润滑添加剂的研究进展,归纳总结了石墨烯的保护层薄膜、低表面能、自润滑性能、复合材料共同作用等减摩抗磨机理;指出了纳米石墨烯存在的问题,如不同添加量的石墨烯对溶液的抗磨减摩影响较大,石墨烯的层数和结构都是影响机体抗磨减摩的重要因素,并对今后石墨烯的研究方向进行了展望。     

不同堆叠结构石墨烯对C_2H_6O的吸附机制研究

为了研究石墨烯气敏传感器对C_2H_6O的吸附机制,建立了2种不同堆叠结构石墨烯纳米条带:单层扶手椅型石墨烯纳米条带(MAGNRs)和由扶手椅型石墨烯纳米条带(AGNRs)与锯齿形石墨烯纳米条带(ZGNRs)拼接形成的石墨烯纳米条带(AGNRs-ZGNRs)。将C_2H_6O分别吸附在MAGNRs及AGNRs-ZGNRs结构的表面,采用密度泛函理论第一性原理方法,通过计算吸附能、电荷转移和灵敏度,对不同堆叠结构石墨烯及3种含氧官能团(羟基,环氧基,羧基)修饰结构对C_2H_6O的吸附性能进行理论分析和实验验证。结果表明:纯AGNRs-ZGNRs结构对C_2H_6O的吸附能和电荷转移的绝对值比纯MGANRs结构的大,吸附距离也小,说明纯AGNRs-ZGNRs结构对C_2H_6O的吸附性能更好;含氧官能团的修饰使得MAGNRs结构与纯MAGNRs结构相比对C_2H_6O的吸附性能显著提升,其中羟基的修饰效果最好;含氧官能团的修饰使得AGNRs-ZGNRs结构与纯AGNRs-ZGNRs结构相比对C_2H_6O的吸附能变化甚微,不仅没有提高对C_2H_6O的吸附性能,反而有所降低。综合比较,采用羟基修饰的MAGNRs结构,吸附能的绝对值最大,为-1.12eV,吸附距离最小,为0.328nm,该结构更有利于实现对C_2H_6O的检测。     

石墨烯/Cu基复合材料的制备及摩擦学性能研究

利用原位还原技术制备了Cu/石墨烯基纳米复合材料.以纳米Cu/石墨烯基复合微粒为原料,利用球磨技术将Cu/石墨烯基复合微粒与Cu粉复合.利用冷压成型技术制备石墨烯/Cu基复合材料,得到目的产物.利用高速环块摩擦磨损试验机考察目的产物的摩擦学性能,发现石墨烯的加入提高了材料的减摩性能.     

神奇的碳与硅

本期的十大化学热点论文榜显示,石墨烯的研究再次成为重点,占据了榜单的半壁江山。其中论文#8和论文#9为首次入选,二者报道了通过解开碳纳米管制备石墨烯纳米带的研究成果,由此获得的石墨烯纳米带具有不同以往的新特性,将来可望用于电子器件、传感器、甚至人体移植。根据带宽的不同,     

基于石墨烯和Fe3O4@TiO2@AuNPs纳米复合材料修饰电极用于检测洋蓟素

基于石墨烯(GR)和Fe3 O4@TiO2@AuNPs磁性核壳纳米粒子复合材料修饰金电极,构建了一种电化学传感器用于洋蓟素(cynarin)的定量检测.采用化学合成法制备了石墨烯二维纳米材料和Fe3 O4@TiO2@AuNPs磁性核壳纳米粒子,并利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对其形貌和结构进行了表征.考察了...     

基于层状二硫化钼-石墨烯构建新型17β-雌二醇电化学生物传感器

合成了层状二硫化钼-石墨烯纳米复合材料.通过将适配体固定在金纳米和二硫化钼-石墨烯共同修饰的电极上构建了一种新型的环境激素17β-雌二醇电化学生物传感器.采用循环伏安、微分脉冲伏安、电化学阻抗等技术对传感器的构筑过程进行表征.对17β-雌二醇与适配体特异性结合的时间及温度进行了优化.结果表明,峰电流与17β-雌二醇浓度在1.0×10-11~1.0×10-8 mol/L范围内呈良好的线性关系.计算得到的检出限为5.0×10-12 mol/L(空白的三倍标准偏差).该生物传感器具有良好的选择性和稳定性.     

反应条件对水合肼还原氧化石墨烯表面官能团还原效率的影响

石墨烯因具有特殊的纳米结构和优异的性能而成为当前的研究热点.实验综合考虑了氧化石墨烯与水合肼的质量配比、反应时间、反应温度和pH值四个因素,采用四因素三水平正交试验系统研究了反应条件对氧化石墨烯各基团还原效率的影响机制.傅里叶红外光谱和透射电子显微镜的结果表明:通过改变反应条件,氧化石墨烯中的主要官能团如羟基、羰基和环氧基均可得到不同程度的还原.进一步利用FT-IR图谱分析软件,采用基线法计算分析表明:(1)氧化石墨烯与水合肼的质量配比是影响还原程度的最主要因素;(2)还原羧基的最佳条件为氧化石墨烯与水合肼质量配比10∶9、反应时间80 min、反应温度100℃、pH值7;还原羟基与环氧基的最佳实验条件相同,均为氧化石墨烯与水合肼质量配比10∶8、反应时间80 min、反应温度100℃、pH值8;(3)可以通过控制反应条件达到采用水合肼选择性还原石墨烯表面羟基、环氧基及羧基的目的.研究结果将为研究化学还原氧化石墨烯机理及制备高性能石墨烯奠定基础.