剥离重组法制备石墨烯二氧化钛复合物.docx
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剥离重组法制备石墨烯二氧化钛复合物
剥离重组法制备石墨烯二氧化钛复合物
学校代码：
10722学号：
0808014113
分类号：
密级：
公开
剥离重组法制备石墨烯二氧化钛复合物
Strippingmethodforrestructuringgraphitesurfacestitaniumdioxidecompound
作者姓名：
邢世才
专业名称：
化学
学科门类：
理学
指导教师：
邓玲娟
提交论文日期：
2012年5月
成绩评定：
1.1石墨烯材料简介
1.3石墨烯复合物的制备方法
1.3.1机械剥离法
1.3.2氧化石墨还原法
1.3.3SiC分解法
1.3.4化学气相沉积法
1.3.5电子束辐照法
1.3.6微机械分离法
1.4石墨烯材料的应用
1.4.1石墨烯基电源材料
1.4.2石墨烯复合材料
1.4.3传感器
1.4.4石墨烯晶体管
2.石墨烯复合材料的研究进展
1.1.1 石墨烯与金属化合物复合
1.1.2 石墨烯－非金属材料复合
1.1.3石墨烯与聚合物复合
3.石墨烯-二氧化钛复合物研究进展
1.5本课题的特色与创新之处
文献综述
1.1石墨烯复合材料的研究进展
石墨烯是由单层碳原子组成的六方蜂巢状二维结构，是其他维的石墨材料的基础材料。
它可以包裹形成零维富勒烯，卷起来形成一维碳纳米管，层层堆积形成三维石墨。
自从Geim等用胶带方法制备出石墨烯以来，其就引起物理界和化学界的轰动和极大的兴趣．石墨烯的这种特殊结构，使其表现出一些独特的物理性能，如室温量子霍尔效应、超高的电子迁移率和弹道运输、较长的电子平均自由路径、良好的热传导、较强的机械强度和出众的灵活性。
其优异的性能、极大的比表面积和较低的生产成本（相对于碳纳米管），非常适合于高性能复合材料的开发．在实际应用中，石墨烯复合材料可以分为两类：
石墨烯/无机复合材料和石墨烯/聚合物复合材料．制备石墨烯复合材料的方法主要有两种：
先让氧化石墨与其他材料复合，再将其中的氧化石墨还原得到石墨烯纳米复合材料；或者用改性过的石墨烯与其他材料复合．这些复合材料广泛地应用在超级电容器、锂电池、电催化和燃料电池等领域。
1.1.1 石墨烯与金属化合物复合
金属化合物与石墨烯用不同方法制备复合材料，主要用于超级电容器、锂电池等领域．金属化合物包括金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫化物等。
TiO2是一种应用广泛的半导体材料，由于其成本低、稳定性好、对人体无毒性，并具有气敏、压敏、光敏以及较强的光催化特性，而被广泛应用于传感器、太阳能电池和光催化等领域．Manga等通过喷墨印刷术处理前驱溶液氧化石墨和二（２－羟基丙酸）二氢氧化二铵合钛）制备石墨烯－TiO2光电导薄膜．由于这种薄膜制备的光电导体设备具有宽带光电导性、高的光电探测能力和光导率，与纯TiO2的光电探测器相比具有更快的光响应。
Williams等通过紫外照射TiO2悬浮液，使其释放电子还原分散在乙醇里的氧化石墨．TiO2颗粒和石墨烯相互作用阻碍剥离石墨烯的团聚．光催化技术不仅提供了紫外辅助还原技术，而且还开创了制备光敏石墨烯半导体复合材料的新途径．Tang等通过分子嫁接方法把化学剥离的石墨烯加入到TiO2纳米颗粒薄膜中，适用于染料敏化太阳能．由于石墨烯的高电导性，石墨烯/TiO2复合薄膜（（3.6±１．１）×102Ω/ｃｍ）提高了纯TiO2纳米颗粒薄膜（（２．１±０.９）×１０５Ω/ｃｍ）电导率２个数量级．此外，基于石墨烯/TiO2复合薄膜的染料敏化太阳能的功率转换效率（1.68%）比纯TiO2纳米颗粒薄膜（０.３２％）高出５倍多，这表明了加入石墨烯能有效增强光电性能．其他的金属化合物例如磷酸亚铁锂（LiFe-PO4）、氧化锡（SnO2）、氧化亚铜（Cu2O）、铂（Pt、硫化镉（CdS）与石墨烯复合材料可以用在锂电池、电催化和传感器等方面．
1.1.2 石墨烯－非金属材料复合
Yan等由超声波和原位还原方法制备石墨烯纳米片/碳黑复合材料．微观结构测试表明，经过超声后碳黑离子沉积在纳米片的边缘表面，由原位还原沉积在纳米片的基部．复合材料的电化学性能优于纯石墨烯材料，这证明作为逆电流器的碳黑粒子能确保石墨烯和由三维的石墨烯纳米片-碳黑混合材料提供的空旷的纳米通道高的电化学利用．石墨烯/碳黑作为一种超级电容器的碳材料，在扫描速率为10ｍv/s时，比电容达175F/g比纯石墨烯（122.6Ｆ/g）材料高．此外，在６000次循环后电容量只减少最初电容量的9.1％．这些都表明石墨烯-碳黑是有前途的超级电容的材料．
1.1.3石墨烯与聚合物复合
近年来，由于石墨烯能在低填充量下能产生性能突破性的提高，引起了学术和工业的兴趣．改性的石墨烯/氧化石墨和不同的聚合物的基质制备纳米复合材料．研究用不同的方法采用各种有机聚合物制备填满聚合物的石墨烯纳米复合材料．
Zhang等在酸性条件下采用氧化石墨和苯胺单体的原位聚合制备化学修复的石墨烯-PANI纳米纤维复合材料，在电流密度为0.1Ａ/ｇ的ＰＡＮＩ掺杂石墨烯复合材料的比电容高达４80Ｆ/ｇ．这种研究表明，得到的高比电容和良好的循环稳定性由石墨烯掺杂ＰＡＮＩ或者庞大的ＰＡＮＩＳ掺杂氧化石墨/石墨烯．Ｙａｎ等由原位聚合合成石墨烯/碳纳米管/聚苯胺复合材料，GNS/CNT/ＰＡＮＩ复合材料在浓度为６ｍｏｌ/Ｌ的ＫＯＨ中比电容为１０３５Ｆ/ｇ，这比石墨烯/聚苯胺低（１０４６Ｆ/ｇ），但是比纯ＰＡＮＩ（115Ｆ/ｇ）和ＣＮＴ/ＰＡＮＩ（780Ｆ/ｇ）复合材料都要高，尽管加入少量的ＣＮＴＳ（质量分数１％）到ＧＮＳ，但还是提高了石墨烯/碳纳米管/聚苯胺复合材料的循环稳定性，这由于良好的传导路径的维持和在掺杂/去掺杂过程中电极的机械强度．相比质量分数５２％的ＧＮＳ/ＰＡＮＩ和质量分数６７％的CNT/ＰＡＮＩ复合材料，这种复合材料１０００次循环后，电容只减少最初电容量的６％．Patol等用水基于原位微乳液聚合大量的生产聚苯乙烯纳米粒子－功能性石墨烯．聚苯乙烯实现石墨烯功能化是利用石墨烯平面较高的比表面积和在原位微乳液聚合的反应物较好的亲和力．在复合材料中，聚苯乙烯的热性能随着石墨烯的插入而提高．修复的石墨烯显示出良好的兼容性和主体聚苯乙烯母体相互作用形成电导的聚苯乙烯膜.
1.2石墨烯-二氧化钛复合物研究进展
石墨烯（graphene，GE）是唯一存在二维自由态的原子晶体，它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元。
石墨烯具有极大的比表面积和较低的生产成本等优异的性能，非常适合于开发高性能的复合材料。
Kong等通过真空抽滤石墨烯悬浮液，将石墨烯薄片附着在石英基片上，然后将基片浸入HAuCl4水溶液中，合成了Au/GE复合物，通过循环操作得到了石墨烯和Au纳米粒子交替逐层叠加的复合物，该方法无需还原剂即可还原Au3+，负电性的石墨烯起到了还原剂的作用。
Luechinger等不使用表面活性剂，直接以石墨烯作为分散剂包裹在Co表面，然后与聚合物（PMMAPEO）复合，得到了GE/Co/聚合物复合材料。
该材料同时具备金属与聚合物的优异性能，为石墨烯的应用提供了新的途径。
TiO2具有氧化能力强、降解完全和可以重复使用等优点，在污水处理、光电转换、清洁材料的制等方面备受关注。
但TiO2的带隙较宽（约3.2eV），只能在波长小于378nm的紫外区显示光化学活性，对太阳能的利用率小于10%，同时其光生电子和空穴容易发生复合，从而降低光催化效率低。
因此，如何提高TiO2光催化活性是研究其光催化技术实用的关键。
由于光激发TiO2产生的电子空穴对极易复合，所以利用石墨烯独特的电子传输特性降低光生载流子的复合，从而提高TiO2光催化效率是当前这一领域的一个研究热点。
Kamat等将氧化石墨粉末加入TiO2胶体分散液中超声，得到氧化石墨烯包裹TiO2纳米粒子的悬浮液，在氮气的保护下用紫外光照射悬浮液，得到TiO2/GE复合材料。
该课题组首次合成了以石墨烯为载体的多组分催化体系，他们首先通过光激发将电子从TiO2转至氧化石墨烯片上，部分电子用于氧化石墨烯的还原，其余的电子储存在还原后的石墨烯片上；然后向石墨烯悬浮液引入AgNO3，储存在石墨烯片上的电子将Ag+还原成Ag，从而合成了TiO2和Ag处于分离位置的二维TiO2/Ag/GE三元体系。
张晓艳等先利用还原氧化石墨制备石墨烯，然后在此基础上采用溶胶/凝胶法制备出了TiO2/石墨烯复合材料，并研究了该材料的光催化分解水产氢活性。
Zhang等使用水热法一步合成TiO2（P25）/GE复合材料，研究发现由于石墨烯的引入，该复合材料不仅能够很好地吸附有机染料，而且还拓展了可见光响应范围，能够有效分离光生电子和空穴。
张琼等采用氧化石墨和硫酸钛作为初始反应物，在低温下（＜100℃）制备得到了纳米级的氧化钛-氧化石墨烯插层复合材料。
研究表明，该插层复合材料对甲基橙溶液进行紫外光催化降解时，其降解效率达到η=1.16mg·min-1·g-1（该复合材料1min内对甲基橙的降解效率），明显优于同等条件下P25粉的降解率（η=0.51mg·min-1·g-1）。
1.3石墨烯复合物的制备方法
1.3.1机械剥离法
机械剥离法（Mechanicalcleavage）是最早用于制备石墨烯的方法，主要通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离出石墨烯片层。
早期的机械剥离法所制得的石墨薄片通常含有几十至上百个片层，随着技术方法的改进，逐渐可以制备出层数为几个片层的石墨薄片。
Novoselov等将此方法运用至极限。
他们利用微机械剥离法（Micromechanicalcleavage）首次成功地从高定向热解石墨（Highlyorientedpyrolyticgraphite）上剥离并观测到单层石墨烯。
所制备的石墨烯在外界环境下能稳定存在，具有良好的晶体质量和宏观尺寸。
此后，机械剥离法被广泛应用于石墨烯片层的制备，特别在石墨烯的一些光学、电学性能研究中，一般均以机械剥离法作为主要的制备方法。
该方法操作简单，无需太多繁琐的实验步骤，但所制备的石墨烯薄片尺寸不易控制、产率较低，而且难以规模化制备单层石墨烯。
新的机械剥离法的出现:
臼式研磨仪\可以看作是一个电动的研钵，它通过电机控制钵体围绕杵运动，在给粉体施加压力的同时带动粉体之间相互摩擦达到研磨的目的。
这种研磨的方式有效的避免了撞击对石墨晶格造成的破坏，而几乎只提供剪切力对石墨晶体进行剥离。
以水为助磨剂将石墨在臼式研磨仪中研磨20h后，原始的颗粒状的石墨晶体全部转变为扁平的片状结构，高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像显示出这些石墨片层的厚度在10nm以下。
搅拌球磨是一种可以大量研细粉体的机械磨，它以一根轴带动与轴垂直的许多横杆在固定的圆柱状腔体内搅动，这些横杆在搅动中带动腔体内的磨球相互碰撞和摩擦，从而对粉体进行研磨。
CatharinaKnieke等利用搅拌球磨在添加十二烷基硫酸钠（SDS）为表面活性剂的条件下球磨5h即得到了厚度为1nm左右的石墨烯纳米片层。
行星球磨因其能提供相对较高的能量而广泛应用。
实际上行星球磨对粉体也提供冲击力和剪切力两种类型的作用。
球磨罐的自转使得磨球贴着内壁运动，而公转又使得向心力的方向和大小发生改变，这一方面会导致球与球之间的摩擦，另一方面，当向心力不足以使球靠在内壁上运动时，磨球会沿着类似抛物线的轨迹离开内壁运动直到又撞击在球罐内壁上对粉体造成冲击力。
1.3.2氧化石墨还原法
该方法主要采用强酸（如浓硫酸和发烟硝酸等）将本体石墨进行氧化处理，通过热力学膨胀或者强力超声进行剥离，利用化学还原法或其它方法将氧化石墨烯（Grapheneoxide，GO）还原为石墨烯。
根据氧化剂的不同，常用的方法主要有Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法。
氧化法由Brodie于1860年提出，在发烟硝酸环境中，用KClO3为氧化剂，对本体石墨进行氧化。
此后，Staudenmaier提出另一种氧化方法，Aksay小组对该方法进行了改进。
目前，对本体石墨进行氧化处理多采用Hummers法。
一般步骤为:
将石墨粉和无水NaNO3加入置于冰浴内的浓H2SO4中，以KMnO4为氧化剂进行氧化处理，用30%H2O2还原剩余的氧化剂。
最后过滤、洗涤、真空脱水得到GO。
在此基础之上，研究者对Hummers法不断改进，以便制备具有特殊性能的石墨烯产物。
为了进一步强化其氧化强度，Zhang等系统研究了氧化剂用量与氧化时间对所得石墨烯产物的影响，发现随着氧化剂用量与反应时间的增加，所得产物的平均粒径变小，并呈现高斯分布。
本体石墨经过氧化-剥离过程形成氧化石墨烯后，利用化学还原或者其他方法还原氧化石墨烯可得到石墨烯产物。
目前文献报道中主要使用的是化学还原方法。
在80～100℃和快速搅拌条件下，加入化学还原剂反应24h，最终得到石墨烯产物。
化学还原法研究较早，但此方法耗时过长，而且有机还原剂的毒性使得该方法难以用于大产量的制备使用。
另一类方法需要的热处理条件更为苛刻（高温1050℃，高真空或者惰性气体保护）。
Murugan等建立了一种快速、低温、简便的微波溶剂热法制备石墨烯纳米片层。
与传统化学还原法长达12～24h的反应时间相比，微波水热法只需5～15min，大大缩短了反应时间。
通过对产物的XRD，FTIR和XPS数据分析证实微波水热法能有效的将氧化石墨烯还原得到石墨烯。
Cota等利用在N2气氛下氙灯的快速闪光光热还原法，在无其它化学还原剂存在条件下，直接将石墨氧化物还原制得石墨烯。
随后，Matsumoto等在紫外灯的激发作用下，直接将石墨氧化物还原制得石墨烯。
石墨烯的制备逐步向绿色、环保方向发展。
近来，电化学家将电化学方法引入石墨烯的制备当中，并取得了良好效果。
1.3.3SiC分解法
Heer小组利用6H-SiC的热分解作用来制备石墨烯片层，为石墨烯的制备引入一种新的方法。
以单晶6H-SiC为原料，在超低真空（1×10－10Torr）下高温（1200～1450℃）热分解其中的Si，最后得到连续的二维石墨烯片层膜。
通过对不同反应阶段产物的低能电子衍射（LEED）和扫描隧道显微镜（STM）分析证实石墨烯是沿着SiC下方取向附生。
通过俄歇电子能谱（AES）确认所得产物含的片层数。
导磁性测量显示所制备的石墨烯产物具有二维电子气属性（2DElectrongasproperties），包括各向异性、高流动性及二维局域性。
为简化实验过程，Juang等通过在SiC基底上预先镀一层Ni膜，使得反应温度降低到750℃，实现了石墨烯的低温制备。
由于SiC的热分解不仅能形成石墨烯，还是制备CNT的一种常用方法。
Cambaz等系统研究了SiC结构、Si蒸发速率、反应温度及载气组分对产物结构和形貌的影响。
在1400～1500℃时，主要在
SiC基底形成石墨烯产物;在高真空条件下，主要在Si面形成石墨烯产物;但当反应温度超过1600～1900℃时，主要在SiC基底形成CNTs;高真空条件下则在C面形成CNTs产物。
1.3.4化学气相沉积法
作为制备半导体薄膜材料的经典方法，化学气相沉积法（CCVD）也被应用于石墨烯的制备。
早在1990年前，Johansson等便通过CVD法制备石墨薄膜。
CVD法制备石墨烯时一般过程为:
先在基底表面形成一层过渡金属薄膜，以此金属膜为催化剂，以CH4为碳源，经气相解离后在过渡金属膜表面形成石墨烯片层，最后通过酸液腐蚀金属膜得到石墨烯。
文献报道用于CVD法制备石墨烯的过渡金属有Cu，Co，Pt，Ir，Ru及Ni等。
由于传统的CVD法需要用到金属作为催化剂与生长附着物，因此在最后的产物中通常会残存金属元素。
为消除杂质，获得更高纯度的石墨烯产物，各类无需使用催化剂的改进型CVD法相继被报道。
如以H2和CH4为载气，在等离子体作用下可直接进行进行化学气相沉积，得到厚度均匀的单层、双层或三层石墨烯产物。
选区电子衍射图（SAED）显示所制备的石墨烯与微机械剥离法制备的产物一样具有突出而清晰的衍射点。
Li等以纯石墨棒为碳源，利用直流电弧放电法可直接制备得到纯石墨烯及氮掺杂石墨烯复合物。
1.3.5电子束辐照法
首先采用现有已知技术方法制取石墨烯，然后在四氟化钛溶液中加入所述的石墨烯粉末，用超声分散后得到悬浮液；然后将该悬浮液置于电子束发生装置中，使其经受一定制量的电子束辐照，辐照剂量为７０～２８０ＫＧｙ；然后密封后放入６０℃的烘箱中反应２０小时；经洗涤、干燥，最终制得石墨烯基二氧化钛复合光催化剂。
本发明方法所得的石墨烯基二氧化钛复合光催化剂，通过检测证明其具有较高的光催化活性。
另外，通过透射电子显微镜（ＴＥＭ）检测，可看出二氧化钛结晶密集均匀地负载于石墨烯基体上。
一种电子束辐照制备石墨烯基二氧化钛复合光催化剂的方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：
将一定量的过硫酸钾（Ｋ2Ｓ2Ｏ8）和五氧化二磷（Ｐ2Ｏ5）溶解于浓硫酸中，加热到８０℃后加入一定量的天然石墨，在８０℃下保温４．５小时后冷却至室温；然后用去离子水稀释，放置过夜；然后进行过滤、洗涤，所得滤渣放于真空干燥箱中于６０℃下干燥；将干燥后的滤渣溶解于浓硫酸中，在冰浴条件下缓慢加入高锰酸钾（ＫＭｎＯ4），在３５℃下恒温搅拌２小时；然后用去离子水稀释，并缓慢加入３０％的双氧水（Ｈ2Ｏ2）；然后过滤、洗涤，将洗涤后的产物在６０℃下真空干燥，得到氧化石墨烯固体；将上述所得的氧化石墨烯固体在N2保护下于500℃煅烧２小时，即得到还原后的石墨烯粉末；称取一定量的四氟化钛（ＴｉＦ4）溶解于去离子水中，然后加入一定量的石墨烯粉末，超声分散１小时，使其充分混合均匀；得到悬浮液；石墨烯与ＴｉＦ４的质量比为１∶８～４０；将上述悬浮液放置于电子束发生装置中，使其经受一定剂量的电子束辐照，辐照剂量为７０～２８０ＫＧｙ；将辐照后的悬浮液转移至容器中，并用封口膜封口后放入６０℃的烘箱中，反应２０小时；然后将得到的产物分别用去离子水和无水乙醇反复洗涤几次；然后将产物在６０℃下真空干燥８小时；最终得到石墨烯基二氧化钛复合光催化剂。
1.3.6微机械分离法
微机械分离法是采用机械分离的手段获得石墨烯的方法，即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。
2004年，曼彻斯特大学Geim等即采用机械法从高定向热解石墨（HOPG）上剥离出单层石墨烯。
他们在HOPG表面用氧等离子刻蚀微槽，并用光刻胶将其转移到玻璃衬底上，用透镜胶带反复撕揭，尔后将玻璃衬底放入丙酮溶液中超声清洗，并在溶液中放入单晶硅片，单层石墨烯会在范德华力作用下吸附到硅片表面。
后来机械法简化为直接用胶带从HOPG上揭下一层石墨，然后在胶带之间反复粘贴，石墨片层会越来越薄（其中包含单层石墨烯），再将胶带贴在衬底上，单层石墨烯就转移到衬底上了。
Novoselov等用微机械分离法制备了石墨烯。
他们研究发现用另一种材料膨化或引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，这些晶体中含有单层的石墨烯。
Bunch等将天然石墨絮片在二氯苯溶液中超声处理，然后将溶液滴在表面附着氧化膜的硅晶片上，用异丙醇进行洗涤，再在氮气中晾干，可以得到单层石墨烯片层形成的几纳米厚的膜。
Schleberger等用微机械分离法在不同绝缘晶体基底上（SrTiO3，TiO2，Al2O3和CaF2等）制备出石墨烯，所制得的石墨烯单层厚度仅为0.34nm，远低于在SiO2基底上制备得到的石墨烯。
目前微机械分离法是制备石墨烯最为简单直接的方法，且制备成本低，样品质量高，可获得的石墨烯尺寸可达100μm，但此法产量低且不可控，不能满足工业化和规模化生产要求，而且从大片的厚层中寻找单层石墨烯比较困难，同时样品中还存在少许胶渍，表面清洁度不高，限制了其应用领域。
1.4石墨烯复合物的应用
石墨烯具有比表面积大、电学性能优异、载流子迁移率高等优点,因此在电源材料、复合材料、传感器、晶体管等多个领域具有良好的应用前景。
1.4.1石墨烯基电源材料
单层石墨烯的比表面积高达2630m2/g,比活性炭还要大很多,有望替代活性炭用于制备双电层电容器。
Ruoff等用肼还原氧化石墨烯制得的化学改性石墨烯制成的双电层电容器,在水溶液和有机溶剂中的比电容分别达到135F/g和99F/g。
化学改性石墨烯的高导电性和大比表面积,使它成为制备双电层电容器的理想材料,而且原材料廉价易得,在能量存储方面有着广阔的应用前景。
利用肼还原氧化石墨得到的石墨烯为电极材料,以30%（wt,下同）KOH水溶液为电解质,最大比电容高达205F/g,且具有良好的循环稳定性,充放电1200个循环后仍能保持约90%的比电容量,为高性能、环境友好、低成本的储能器件的发展提供了实验依据。
而通过在石墨烯上沉积ZnO制备的石墨烯-ZnO复合物薄膜表现出增强的电容行为,比电容可以达到1113F/g,比纯ZnO和纯石墨烯（最高值为4F/g）具有更高的电容量和更好的可逆充放电能力。
1.4.2石墨烯复合材料
将石墨烯加入到聚合物或陶瓷基体中,其独特的电学、热学和机械性能将赋予复合材料优异的性能,也将产生一系列具有增强性能的新材料。
例如,在聚丙烯腈中加入1%的功能化石墨烯,其玻璃化温度、弹性模量、强度和热稳定性均得到明显改善。
添加016%功能化多层石墨烯可使乙烯醇和甲基丙烯酸共聚物的机械性能、弹性模量和硬度得到很大提高。
Eda等将功能化的石墨烯填充到聚苯乙烯中,制成的复合材料兼具半导体的性质和双极性场效应,有望用于场发射材料和薄膜晶体管。
Ruoff等将苯基异氰酸酯功能化的石墨烯均匀地分散到聚苯乙烯基体中,用二甲肼还原后制备出了石墨烯-聚苯乙烯导电复合材料。
1.4.3传感器
Schedin等利用石墨烯制成了可精确探测单个气体分子的化学传感器,能够快速地检测到单个气体分子在石墨烯表面上的吸附或脱附,极大的提高了快速检测微量气体的灵敏度。
这种方法制备的石墨烯器件不但可以用于化学传感器,而且对外加电荷、磁场及机械应力等也具有良好的敏感响应。
近日,中美科学家联合采用纳米加工技术得到高信噪比的石墨烯场效应晶体管集成芯片,用于在芯片表面培养鸡胚胎心脏细胞。
研究发现,石墨烯和单个心肌细胞之间形成稳定接触,实现了对细胞生理电信号的高灵敏度、非侵入式检测,为发展高集成纳米生物传感阵列提供了理论指导和实验基础。
1.4.4石墨烯晶体管
完美的石墨烯作为没有能隙的半导体,具有很高的载流子迁移率,电子在石墨烯中的传导速度比硅快很多,而且不受温度的影响,有望替代硅用于晶体管和高速计算机芯片。
2006年3月,佐治亚理工学院成功制造了首个石墨烯平面场效应晶体管,在电荷密度为零时仍有一定的电流传输,并观测到了量子干涉效应。
2008年,英国学者NovoselovK和GeimA利用标准半导体制造技术成功研制出了单原子厚、十个原子宽的石墨烯超微型晶体管。
2008年底,IBM利用由天然石墨制得的石墨烯薄片制成了频率为26GHz的石墨烯场效应晶体管。
2010年2月,美国宾州大学报道的100mm纯石墨烯晶圆引起学术界的轰动,该晶圆是在碳化硅（SiC）衬底上利用热分解制备的。
参考文献
1.张晓艳李浩鹏崔晓莉＊TiO2/石墨烯复合材料的合成及光催化分解水产氢活性[J]无机化学学报第25卷第11期2009年11月Vol．25No．11页码1903~1
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