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文檔簡介
1、石墨烯是一種由碳原子緊密堆積成的單原子層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料,由碳原子以sp2雜化軌道形成,厚度僅為頭發(fā)直徑的20萬分之一(0.334nm),是構(gòu)造其它維數(shù)碳質(zhì)材料的基本單元。石墨烯具有極大的比表面積(2630m2/g),超高的熱導(dǎo)率(3000-5000W/mK),超高的載流子遷移率(2×105cm2V-1s-1),超高的光透過率(單層石墨烯對(duì)白光的吸收率只有2.3%)等獨(dú)特的特性。氧化石墨烯是天然的晶質(zhì)石墨經(jīng)化學(xué)氧化并且剝離后
2、的產(chǎn)物。每一層石墨烯單片上引入了許多含氧官能團(tuán),但氧化石墨烯在結(jié)構(gòu)上仍保持石墨烯的層狀結(jié)構(gòu),因此氧化石墨烯在水溶液或者有機(jī)溶液中比石墨烯具有更佳的親和性。良好的生物相容性、單原子厚度和可修飾性使石墨烯及氧化石墨烯在傳感器的研究中展現(xiàn)出了極大的吸引力和研究價(jià)值。近幾年,石墨烯及氧化石墨烯在傳感器領(lǐng)域,尤其是在光傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注。石墨烯及氧化石墨烯的熒光淬滅性和分子吸附性,以及對(duì)金屬納米結(jié)構(gòu)的惰性保護(hù)作用,使其在光纖傳感器及
3、表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)傳感器中具有巨大的應(yīng)用潛力。因此,基于石墨烯及氧化石墨烯的光纖傳感器和SERS傳感器得到了廣泛研究。本論文是在這些研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合石墨烯及氧化石墨烯對(duì)光纖傳感器展開了一系列研究。
本文基于石墨烯及氧化石墨烯的獨(dú)特傳感特性,設(shè)計(jì)了氧化石墨烯光纖折射率傳感器和基于氧化石墨烯/銀納米顆粒/還原氧化石墨烯復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的光纖SERS傳感器。
?。?)U型光纖傳感器相對(duì)直型光纖傳感器、錐形光纖傳感器及
4、其他類型光纖傳感器具有更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),更高的靈敏度,并且容易加工。用纖芯直徑62.5μm,包層直徑125μm的塑料包覆多模石英光纖來制作U型光纖探針。通過Hummers方法制備合成氧化石墨烯,用旋涂機(jī)和加熱平臺(tái)把氧化石墨烯薄膜固定到U型光纖探針表面。利用氧化石墨烯可有效捕捉待測(cè)分子的特性,基于折射率傳感器原理制作成氧化石墨烯U型光纖傳感器。氧化石墨烯-U型光纖傳感器總共包括四個(gè)部分:分別是光源、氧化石墨烯U型光纖傳感區(qū)、光纖光譜儀和電腦
5、。用氧化石墨烯U型光纖傳感器對(duì)體積濃度5%-100%的乙醇溶液進(jìn)行了吸收率響應(yīng)檢測(cè),傳感器展現(xiàn)出了測(cè)量范圍大、高靈敏度、高分辨率和快速的反應(yīng)與恢復(fù)時(shí)間的傳感性能,并對(duì)中國白酒進(jìn)行了實(shí)際樣品檢測(cè),說明氧化石墨烯U型光纖傳感器具有實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用的潛力。
?。?)在光纖端面上組裝氧化石墨烯/銀納米顆粒/還原氧化石墨烯復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)(GO/AgNPs/rGO)來制作光纖 SERS傳感器。氧化石墨烯薄膜作為分子富集層可有效捕獲待測(cè)分子,還原氧
6、化石墨烯薄膜作為惰性涂層來保護(hù)銀納米顆粒在大氣環(huán)境下不受氧化,銀納米顆粒由于其優(yōu)異的SERS活性可以為SERS檢測(cè)提供熱點(diǎn)。銀納米顆粒是通過光化學(xué)沉積法制備得到的,選取 R6G分子作為探針分子,對(duì)銀納米顆粒的光化學(xué)沉積時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化。用R6G作為探針分子,對(duì)制作的GO/AgNPs/rGO復(fù)合薄膜光纖SERS傳感器的SERS性能與GO、AgNPs、rGO/AgNPs、GO/AgNPs復(fù)合薄膜的SERS活性進(jìn)行了比較,并對(duì)SERS活性較高的
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