此外,它有效地取代了早期基于大型集成电路(IC)的传感器,这些传感器大多是带有硅衬底或矩阵的半导体,以及沉积在其上的导电金属纳米颗粒,以形成连续的导电路径。然而,原始石墨烯的零带隙可调性使其不同于半导体。有几种方法可以打开多层石墨烯及其复合材料的带隙。
多功能石墨烯和聚二甲基硅氧烷复合材料的制备方法包括以下工艺步骤:
1.泡沫石墨烯成型:以一定尺寸的泡沫铜为模板,做成所需的泡沫石墨烯形状,水平放入石英管中,通过化学气相沉积法在泡沫铜金属模板上制备出泡沫石墨烯;
2.泡沫石墨烯转移:将上面所制得的泡沫石墨烯用PDMS有机溶液包覆,放入石英管中抽真空,烘干后放入一定浓度的过硫酸铵——(NH4)2S2O8溶剂中将泡沫铜溶出,清洗,烘干后得到由PDMS包覆和固定的,透明导电的有孔三维泡沫石墨烯复合材料,再将PDMS有机溶剂填充进泡沫石墨烯三维材料中,放入石英管中抽真空,烘干后可得到透明,导电,柔性可延展的无孔泡沫石墨烯复合材料。
柔性是可穿戴电子设备的另一个理想特性,可以通过加入聚合物来实现。聚合物如PDMS、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚酰亚胺(PI)广泛用于需要高柔性和机械性能的产品中。
此外,还有一些导电聚合物,例如聚苯胺(PANI)、聚乙炔(PA)、聚吡咯(PPy)和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS),它们需要极少量甚至不需要金属纳米颗粒来形成导电通路。在上述聚合物中,聚二甲基硅氧烷(PDMS)性质相似,两者都具有化学惰性、光学透明、疏水性,且大多具有生物相容性,因此PDMS与石墨烯形成复合材料的材料。此外,已知PDMS与纳米填料形成强界面结合。这些复合材料可以为目前可用的健康手环、葡萄糖传感器和智能手表增加新的维度,用于监测人体生理状态的响应性和准确性。
石墨烯量子点GQD是尺寸小于100nm的石墨烯纳米颗粒。基于GQDs/PDMS的传感器用于量化卵巢癌生物标记物CA-125抗原。这些传感器由带有3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)功能化GQDs层的氨基修饰玻璃芯片组成,GQDs层使用化学发光共振能量转移过程捕获CA-125抗原的抗体。
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