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。     

聚苯乙烯刷保护的金属纳米粒子的制备

成功制备了聚苯乙烯(PS)刷保护的纳米银(Ag NPs)和纳米铜(Cu NPs)粒子.首先用二苄基三硫代酯为链转移剂,采用可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合法制备含三硫代酯基团的PS;然后以PS为稳定剂,硼氢化钠(NaBH4)或水合肼为还原剂,原位还原硝酸银和醋酸铜得到聚物刷保护的Ag NPs和Cu NPs.用凝胶渗透色谱法(GPC)对聚合物进行了表征,用紫外可见光谱(UVVis)和透射电子显微镜(TEM)等对纳米复合粒子进行了表征.结果表明,含三硫代酯基团的聚合物不必经过还原和水解成巯基,可直接作为配体制备稳定的Ag NPs和Cu NPs,粒子粒径分布均匀,分散性好,所得Cu NPs可放置数月不被氧化.     

SiO2/PAA/Ag复合纳米粒子的制备、表征及催化性能

利用溶胶-凝胶法合成胶体二氧化硅微球,用甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)对其修饰从而连接上可供聚合的双键,然后采用原位聚合方法合成二氧化硅-聚丙烯酸(SiO2/PAA)核壳型复合微球,以此为模板采用化学还原法得到SiO2/PAA/Ag复合纳米粒子.采用FT-IR、TGA、TEM、XRD和UV-Vis对复合粒子的形貌、结构进行表征.结果表明,银纳米粒子(粒径15～20 nm)均匀地分散在SiO2/PAA表面.催化性能研究结果表明,SiO2/PAA/Ag对4-硝基苯酚的硼氢化钠还原反应具有良好的催化性能,1 h内4-硝基苯酚的转化率达到96.4%.     

h-BNNS的掺杂改性及其光催化性能

为了发挥纳米贵金属与聚合物基体的协同光催化作用,采用RGO对六方氮化硼纳米片(h-BNNS)进行C元素、O元素掺杂,得到多孔掺杂氮化硼材料(BCNO),通过水热法将银纳米粒子(Ag NPs)负载在BCNO基体上制备BCNO/Ag复合材料,并对复合材料的组成、微观结构和光催化性能进行表征,以CO₂光催化还原为反应模型测试BCNO/Ag复合材料的光催化性能。结果表明：经过非金属掺杂改性后的氮化硼仍然具有稳定的多晶结构;负载Ag NPs后,Ag NPs的等离子共振效应不仅显著增强了BCNO基体对紫外-可见光的吸收能力,而且提高了光生载流子的分离效率;复合材料制备过程中,当银的加入量为3.0%、复合样品焙烧温度为130 ℃时,得到的复合材料具有最佳的光催化性能,CO₂还原成CO的转化率为4.68 μmol/(g·h)。因此,通过掺杂改性后的h-BNNS能够更好地稳定负载纳米贵金属,充分发挥纳米银与BCNO两者的协同光催化性能,为有机-无机纳米光催化剂的有效复合及性能研究提供理论基础。     

碳纳米管柔性应变传感器在智能纺织品中的应用

智能纺织品不仅拥有日常穿着的所需功能,而且兼具智能性,柔性纺织材料的选择是当前纺织材料研究的重点。在柔性材料中,碳材料是制备柔性应变传感器的理想材料之一。以碳纳米管为柔性材料制备的柔性应变传感器在智能纺织品中的应用为研究内容,从碳纳米管的结构组成、性质及其应用等方面,介绍碳纳米管柔性应变传感器的研究现状;从材料选择、制备方法、性能测试及应用等方面,阐述以碳纳米管纤维和碳纳米管薄膜为柔性材料制备的柔性应变传感器的特性和功能;从制备难点、生产成本、实际应用效果等方面,对碳纳米管柔性应变传感器的优缺点进行评述。研究认为,在大应变下具有高灵敏度将是今后碳纳米管柔性应变传感器研究的方向。     

不同材料导电纱线针织柔性传感器的传感性能

为满足集成针织柔性传感器的智能无缝内衣对于传感性能的要求,结合提花添纱编织技术,采用不同导电纱线作为原材料制备了不同传感区尺寸的针织柔性传感器.通过定伸长拉伸试验考察了针织柔性传感器的电阻-应变关系及重现性,并采用正交试验分析了影响传感器灵敏系数的因素.结果表明,当针织柔性传感器的应变小于15%时,不同线密度的镀银锦纶丝、镀铜锦纶丝针织柔性传感器的电阻与应变均呈线性关系,其重现性良好,适宜作为编织针织柔性传感器的导电材料.影响镀银锦纶丝传感器灵敏系数的显著性因素依次为:镀银锦纶丝线密度、横列数、横列数与纵行数的交互作用,在设计传感区尺寸时,横列数比纵行数更为重要.含铜腈纶纱和含铜腈纶/涤纶混纺纱针织柔性传感器的电阻与应变只在小应变(≤2%)时才能满足线性关系,因此不能作为导电材料用于针织柔性传感器的编织.     

LiCl-PAM/SA-Ca2+双网络水凝胶应变传感器的制备与性能

近几年，导电水凝胶应变传感器将不可见的机械刺激转化为可见的电信号的能力越来越受到科研人员的关注.同时，其优异的透明性和导电性也为成为柔性电子产品奠定了基础.然而，由于水凝胶内部存在大量水分，环境适应性差(如低温和长期储存)限制了实际应用.因此，本工作通过使用LiCl作为海藻酸钠分子链超分子组装的触发器并引入甘油作为冷冻保护剂，开发了一种新型离子导电LiCl/PAM/SA-Ca²⁺水凝胶.结果表明：离子导电水凝胶不仅具有较高的断裂应变(1 920%)和与人体皮肤相似的模量(80 kPa),而且具有优异的机械强度(375 kPa)、出色的韧性(4.8 MJ·m^-3)和高透明度；此外，氯化锂和甘油也赋予其防冻和保湿功能；进一步研究表明：作为柔性应变传感器，离子水凝胶在300%至750%的应变范围内具有高灵敏度(GF=2)和宽检测应变窗口(2.5%～500%).同时该应变传感器也表现出优异的抗疲劳性(100%应变下200次循环)和低温(-25℃)下的传感灵敏度.这种独特的性能为可穿戴设备在复杂环境中的应用提供了更多可能.     

电流型DNA传感器检测Pb~(2+)对DNA的损伤

在玻碳电极(GCE)表面依次电聚合硫堇(PTh)膜、电沉积普鲁士蓝包金纳米粒子(PB@Au)、电沉积纳米金粒子(Au NPs),利用Au NPs大的比表面积和良好的生物相容性,进而固定双链DNA(dsDNA),制备一种电流型DNA传感器(GCE/PTh/PB@Au/Au NPs/dsDNA).利用电化学交流阻抗技术(EIS)和循环伏安法(CV)对dsDNA修饰电极进行表征,以亚甲基蓝(MB)为杂交指示剂,利用微分脉冲伏安法(DPV)对Pb2+对DNA的损伤进行了检测.结果表明,利用所制备的GCE/PTh/PB@Au/Au NPs/dsDNA可以高灵敏地测定铅金属离子对dsDNA损伤的程度,在25⁴5℃温度范围内,Pb2+对DNA的损伤速度随着温度升高而加快,Pb2+浓度越大对DNA的损伤越严重,即使微量的Pb2+对DNA也有明显的损伤.所制备的传感器灵敏准确,可用于其他重金属离子的检测以及基因损伤的研究.     

聚丙烯酸/细菌纤维素复合凝胶的制备与性能

通过在聚丙烯酸(PAA)聚合过程中添加细菌纤维素(BC),制备PAA/BC复合凝胶,并研究无机填料蒙脱土(MMT)、硅藻土对PAA/BC复合凝胶的影响.结果表明:PAA/BC复合凝胶与PAA凝胶相比,吸水性能及保水性能均有一定程度的提高,BC用量为0.4%时,该复合凝胶的吸水及保水性能综合最佳.添加MMT、硅藻土的PAA/BC复合凝胶的吸水及保水性能均有提高,同样用量的MMT对凝胶的吸水性能提高更明显,而硅藻土对凝胶的保水性能提高更明显.SEM的微观结构分析验证了上述结果.     

金、银混合纳米颗粒的LSPR效应对白光OLED电致发光性能的影响

研究了金、银纳米颗粒（Au NPs和Ag NPs）及其混合颗粒位于空穴注入层3,4-乙烯二氧噻吩聚合物聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）之下时,其产生的局域表面等离子体共振效应（LSPR）对白光有机电致发光器件（WOLED）的电致发光（EL）性能的影响。WOLED器件的结构是氧化铟锡（ITO）/Ag NPs(Au NPs)/PEDOT:PSS/4,4′-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]（TAPC）/4,4’,4’’-三(咔唑-9-基)三苯胺（TCTA）/1,3-二-9-咔唑基苯（mCP）:FIrpic(质量分数8%)/Ir(piq)2acac/TPBi/LiF/Al。结果表明：Au NPs和Ag NPs都能提高WOLED器件的外部量子效率(EQE)和功率效率(PE),引入两者的混合颗粒后,器件的EQE和PE会得到进一步的提高。在Au NPs与Ag NPs溶液的最优体积比3∶1条件下,WOLED器件的EQE和PE分别为15.19%和15.03 lm/W,相比于原器件,WOLED器件的EQE和PE分别提高了29.06%和23.00%。通过激子动力学研究,揭示了LSPR效应及Au...     

基于银纳米颗粒/铜纳米线复合材料的电化学无酶葡萄糖传感器

以抗坏血酸为还原剂在均匀的铜纳米线(CuNWs)表面将硝酸银还原，成功制备出不同负载量的Ag纳米颗粒均匀生长在铜纳米线(AgNPs/CuNWs)上的复合材料.利用循环伏安法检测AgNPs/CuNWs修饰电极对葡萄糖的电催化性能，发现Ag颗粒负载量质量分数为5.57%时具有最佳的电流响应，同时对葡萄糖分子表现出良好的电催化活性，灵敏度高达693.1μA (mmol/L)^-1 cm^-2,宽线性范围0.01～4.18 mmol/L,低检测限为3.4μmol/L(S/N>3),对血液中的一些干扰物具有出色的抗干扰性，并具有超过两周的高稳定性.此无酶葡萄糖传感器表现出良好的稳定性和高选择性，在电化学无酶葡萄糖检测中具有良好的应用前景.     

一步合成具有SERS性能的Au NPs/rGO复合粉体

采用简单、快速的微波辐射法,以绿色无毒的抗坏血酸为还原剂,一步还原氧化石墨烯(GO)和氯金酸(HAuCl_4)混合分散液制备纳米金/石墨烯(Au NPs/rGO)复合粉体。采用UV-Vis,XRD,SEM,TEM,AFM和拉曼光谱仪对复合粉体结构和表面拉曼增强散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)性能进行表征。微波辐射法可以快速合成Au NPs/rGO复合粉体,GO和HAuCl_4质量比对rGO片层上Au NPs负载量具有调控作用,质量比为1∶3时,AuNPs的负载量最多;Au NPs/rGO复合粉体具有良好的SERS性能和荧光猝灭性,r GO的化学增强和Au NPs的电磁场增强起到了良好的协同作用;复合粉体在612 cm~(-1)处吸收峰的增强因子达到了1.37×10~6。     

基于取向纤维基底和图案化双相金属层的高灵敏应变传感器（英文）

为了提高液态金属基应变传感器的灵敏度,研究了一种高灵敏度、可拉伸的应变传感器,该传感器由取向的静电纺热塑性聚氨酯纤维基底和图案化双相金属传感层构成。以液态金属Galinstan为“岛”,固体金属银为“海”,构建了图案化双相金属传感层。银“海”可阻止连续的液态金属导电路径的形成,基于银导电区域的裂纹扩展机制,传感器的灵敏度显著提高。此外,纤维取向(水平或垂直)削弱了在受力时纤维的重新排列,增强了传感层的变形。结果表明,对于单一液态金属层或Ag层组成的传感器,基底纤维垂直取向与随机排列比较,灵敏度分别提高1.09倍和33.19倍。最终制成的基于垂直取向纤维基底和图案化双相金属层的应变传感器具有超高的灵敏度(灵敏度系数高达952.20)和宽传感范围(高达59.33%)。这种设计有望在可穿戴设备中显示良好的应用潜力。     

Ag/AgCl/PDA-rGO无酶葡萄糖传感器的构建

利用多巴胺的自聚性能及还原性,采用一步法制备聚多巴胺/银复合物修饰的还原石墨烯复合纳米材料.采用的工作电极是玻碳电极,将制备的复合纳米材料滴涂在其表面,构建了无酶葡萄糖电化学传感器(Ag/AgCl/PDA-rGO).材料的结构和组成借助X射线衍射、拉曼光谱等仪器进行了表征和分析,表明本方法成功地将聚多巴胺和银复合物均匀地负载于还原石墨烯的表面,同时通过调节反应时间,改变和控制Ag/AgCl/PDA-rGO材料中聚多巴胺和银复合物的负载量.此外,使用交流阻抗技术和循环伏安法分析和研究了Ag/AgCl/PDArGO修饰电极的电化学性能.试验结果表明, Ag/AgCl/PDA-rGO构建的无酶葡萄糖传感器在葡萄糖浓度为5～9 mmol/L时,线性关系良好.     

Ag/RGO@DE复合微粒的制备及光催化还原对硝基苯酚

为了有效还原污染水中的硝基化合物,采用原位法制备了具有高效催化活性的纳米银/还原氧化石墨@硅藻土(Ag/RGO@DE)复合微粒。利用SEM,XRD,XPS和FTIR等测试方法对所制备复合微粒的形貌、微观结构和组成进行了表征,采用UV-vis DRS,PL和光电流等测试分析了复合微粒的光电性能,以对硝基苯酚还原作为模型反应,考察了不同银和RGO负载量对Ag/RGO@DE复合微粒光催化性能的影响。结果显示,RGO为片层结构,纳米银颗粒分散于RGO和硅藻土DE表面及片层间,为面心立方晶型;纳米银的引入显著提高了RGO基体对可见光的吸收及其光生电子-空穴对的分离效率;当银质量分数为2.5%,RGO质量分数为26.6%时,Ag/RGO@DE表现出最佳的光催化还原活性。因此,Ag/RGO@DE复合微粒具有良好的光催化稳定性,对4-NP的还原反应具有高效催化活性。     

钴及其氧化物纳米颗粒镶嵌氮掺杂碳纳米阵列的电催化水解性能研究

金属有机物框架(MOFs),特别是其衍生物,因其高比表面积的多孔结构,在能量存储与转换领域表现出极大的应用前景.本文以三维(3D)柔性高导碳布(Carbon Cloth/CC)为衬底,Co-MOF(ZIF-67)为前驱体得到钴/钴氧化物纳米颗粒(Co-O NPs)镶嵌的氮掺杂碳纳米阵列结构(Co-O/NC).常温溶液生长在CC上得到均匀的ZIF-67纳米棒阵列(NRAs),经由Ar/H2还原成Co NPs镶嵌的中空的NC阵列结构(Co/NC),再由空气退火处理活化得到Co-O/NC,并直接用作碱性双功能电化学全水解电极.在1 mol/L的KOH电解液中,Co-O/NC样品的HER性能相对较好,源于其相对较高的动力学性能、较小的电荷转移电阻,以及较多的活性位参与到HER过程中.而对于OER性能,Co/NC则表现稍好,因为Co-O/NC在预氧化过程形成更稳定的Co—O键,不便于OER中间体的有效吸附与解吸附.本项工作为NPs镶嵌的中空纳米阵列结构的设计,以及在其基础之上高维度复合结构的构建,高性能电化学和柔性多功能器件的设计制备提供了良好的实例.     

基于聚邻苯二胺复合膜电位型免疫传感器的制备

首先利用循环伏安法制备聚邻苯二胺(POPD)修饰碳糊电极(CPE/POPD),然后在CPE/POPD上电沉积普鲁士蓝(PB) 和纳米金(GNPs),制备CPE/POPD/PB-GNPs电极,最后将羊抗小鼠IgG通过金-氨键固定在CPE/POPD/ PB-GNPs上,从而制得一种免疫传感器(CPE/POPD/PB-GNPs/Ab).用循环伏安法和电化学交流阻抗技术对电极的修饰过程进行表征.利用所制备的免疫传感器对溶液中的小鼠IgG进行检测,结果表明,在2.0×10-5 μg/L和1.0×04 μg/L 2种浓度下,免疫传感器均得到了很稳定的电位响应信号,响应时间不超过3 min.所制备的免疫传感器具有灵敏度高、响应速度快、检测范围宽、成本低廉等突出优点.     

基于碳纳米材料的柔性薄膜器件研究

近年来,可穿戴或贴合式的传感器在实时生理监测、特殊环境信号检测等领域的需求日益凸显,柔性传感器成为当前研究的热点.碳纳米管(CNT),由于其独特的电学和力学性能,在新型电子器件的发展中扮演着越来越重要的角色.本文介绍了几类典型的基于碳纳米管的柔性红外传感器和微压力传感器.在柔性红外传感器的研制中,利用碳纳米管与SiO_2的界面以及不同掺杂的CNT形成的p-n结,设计和制备了两种不同类型的高灵敏度柔性红外传感器,实验结果证明界面载流子行为对传感器的响应速度有重要的影响.另一方面,利用碳纳米管的优秀导电性,设计和制备了两种力传感器.通过银纳米颗粒修饰的碳纳米管制备的柔性拉力传感器,兼具高拉伸度和高灵敏度,具有优秀的应变系数.此外,利用碳纳米管和三棱锥的微结构制备了响应灵敏的微压力传感器,具有优秀的响应幅度与响应速度.     

静电纺丝制备PVA/PAA/GO三元复合纤维材料

采用静电纺丝技术成功制备聚乙烯醇(PVA)/聚丙烯酸(PAA)/氧化石墨烯(GO)三元复合纤维材料,分别采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶转换红外光谱(FT-IR)等技术对复合纤维材料的形貌及组分进行了表征。同时详细研究了制备过程中组分浓度、针头尺寸与加入量的最优条件。结果表明,PVA的浓度在8%~9%范围内能够单独纺丝形成均匀的纤维结构,加入PAA/GO混合溶液后,控制适当粘度即可电纺成丝且热处理后形成的纤维由水溶性转变为非水溶。本研究工作为静电纺丝复合纤维材料的设计与制备提供了有益的探索。     

银/聚吡咯/二氧化钛复合纳米粒的制备与结构表征

以钛酸四丁酯、硝酸银和吡咯为原料采用溶胶-凝胶法制备了银/聚吡咯/二氧化钛(Ag/PPy/TiO2)复合纳米粒,考察了PPy单体用量、原料配比等因素对制备复合纳米粒的影响。运用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱仪(FTIR)等测试方法对复合纳米粒进行了表征。结果表明,Ag/PPy/TiO2复合纳米粒具有棒状的核壳结构,聚吡咯包覆在Ag和TiO2纳米粒子的表面。