当石墨烯遇上气体传感器简直绝配

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石墨烯在传感器中的性能与应用研究

石墨烯在传感器中的性能与应用研究石墨烯，一种单层碳原子构成的二维材料，具有出色的电导性、热导性和机械性能，在各个领域中都显示出巨大的应用潜力。

其中，在传感器领域，石墨烯的独特性能使其成为研究的热点。

本文将探讨石墨烯在传感器中的性能及其应用研究。

一、石墨烯的性能特点1. 优异的电导性能：单层石墨烯具有非常高的电子迁移率和低电阻率，电子在其表面几乎不会有碰撞损失，因此石墨烯具有优异的电导性能。

2. 卓越的热导性能：石墨烯导热性能非常好，甚至超越了铜和金属等材料。

这使得石墨烯在传感器中具有很好的热散射特性。

3. 出色的机械性能：石墨烯具有非常高的抗拉强度和弹性模量，即使在单层形式下也具有出色的机械性能。

4. 大比表面积：石墨烯具有极大的比表面积，提供了更多的反应位点，有助于传感器与待测物快速反应。

二、石墨烯在传感器中的应用1. 气体传感器：石墨烯作为传感器材料具有极高的灵敏度和选择性，可以用于检测气体的浓度和种类。

例如，在空气中监测有害气体的浓度时，利用石墨烯薄膜的吸附特性，可以高效地吸附并检测出微量的有害气体。

2. 生物传感器：石墨烯可以作为生物传感器的载体，用于检测生物分子，如DNA、蛋白质等。

通过修饰石墨烯表面的生物分子，可以实现高灵敏度和快速的生物分子检测。

3. 应力传感器：由于石墨烯具有极好的机械性能，在应力传感器中也展现出很好的应用前景。

通过监测石墨烯薄膜的电阻变化，可以实时、非侵入性地测量物体的应变变化。

4. 光传感器：石墨烯对光的吸收和散射能力非常出色，因此在光传感器领域也有很大的潜力。

利用石墨烯的光学特性，可以实现高灵敏度、快速响应的光传感器。

5. 温度传感器：由于石墨烯的优异热导性能，可以用于制作高灵敏度的温度传感器。

石墨烯薄膜的电阻随温度的变化呈线性关系，因此可利用这一特性制作精确的温度传感器。

三、石墨烯传感器的优势与挑战1. 优势：a. 高灵敏度：石墨烯具有极高的灵敏度，可以检测极小浓度的待测物。

基于石墨烯的高灵敏度一氧化氮气体传感器_李伟伟

基于石墨烯的高灵敏度一氧化氮气体传感器李伟伟，耿秀梅，郭玉芬，刘立伟*中国科学院苏州纳米所，苏州工业园区若水路398号，215123*Email: lwliu2007@石墨烯（Graphene），是由碳原子以sp2杂化形式形成的蜂窝状的二维结构，具有优异的导电性和大的比表面积，我们以化学气相沉积（CVD）生长的石墨烯为电极，采用交流电泳法俘获钯（Pd）修饰石墨烯复合物为活性通道，制作高灵敏，室温，稳定探测一氧化氮（NO）气体分子的传感器。

传感器的检测限可到ppb级，响应时间数百秒.研究NO和石墨烯作用的过程，探索Pd修饰，CVD石墨烯电极，电流退火等因素对器件性能的影响机制，其中Pd修饰和 CVD石墨烯电极可以分别提高传感器的灵敏度和稳定性。

这种高灵敏度的器件对研究和制作针对呼吸系统疾病的早期诊断和环境污染气体的探测有着重要的指导意义。

Fig.1 The structure and performance of graphene based sensor关键词：石墨烯；一氧化氮；高灵敏度；传感器参考文献[1] Li, W.; Geng, X.; Guo, Y.; Liu, L. ACS nano 2011, 5: 6955.[2] Li, D.; Müller, M. B.; Gilje, S.; Kaner, R. B.; Wallace, G. G. Nat. Nanotechnol.2008, 3:101.[3] Kuzmych, O.; Allen, B. L; Star, A. Nanotechnology 2007,18: 375502.[4 Joung, D.; Chunder, A.; Zhai, L.; Khondaker, S. I. Nanotechnology2010, 21: 165202.Graphene-Based Sensor for Highly Sensitive Nitric Oxide DetectionWeiwei Li, X. Geng, Y. Guo, L Liu,*Nano-Device and Materials Division, Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences, 398 Ruoshui Road, SIP, Suzhou 215123Graphene is a single atomic layer of sp2-carbon atoms with two-dimensional hexagonal crystal structure. Large specific surface area and high carrier mobility enable graphene a promising application in electricity-based sensors. We fabricate the nitric oxide (NO) sensor devices using alternating current dielectrophoresis of the palladium- decorated reduced graphene oxide (Pd-RGO) nanosheets with chemical vapor deposition (CVD)-grown graphene electrodes. The highly sensitive, recoverable and reliable detection of NO gas ranging from 2 ppb up to 1 ppm with response time of several hundred seconds has been achieved. Highly sensitive graphene-based sensor towards directly detecting NO is very promising application for monitoring respiratory disorders and sensing air pollutants.。

石墨烯气敏传感器的研究及其应用

石墨烯气敏传感器的研究及其应用石墨烯是一种只有一个原子层的碳材料。

由于其独特的电学、光学和机械性质，石墨烯在多个领域具有很大的应用潜力。

其中，石墨烯在气敏传感器领域的研究尤为引人关注。

石墨烯气敏传感器的原理是基于石墨烯的导电性能随着环境气体的变化而变化。

当石墨烯受到气体分子的吸附时，气体分子会在石墨烯表面与石墨烯之间形成一个电位垒，从而影响电子的传输。

因此，在石墨烯上布置了电极，当环境气体变化时，通过检测石墨烯电阻率的变化来实现对气体的检测。

石墨烯气敏传感器在气体检测、环境监测等领域有着广泛的应用前景。

目前，石墨烯气敏传感器的研究已经取得了很多的进展。

其中，石墨烯复合材料是较为热门的研究方向之一。

石墨烯与其他材料如纳米颗粒、有机分子等复合后，能够形成具有更好稳定性和选择性的气敏传感材料。

同时，采用微纳加工技术制备石墨烯气敏传感器也是一种重要的研究方向。

通过制备纳米级的石墨烯电极并在其表面沉积感光材料，可以实现高灵敏度、高选择性和快速响应的气敏传感器。

除了在气体检测领域的应用，石墨烯气敏传感器还具有广泛的应用前景。

例如，在医学领域中，石墨烯气敏传感器被应用于检测人体呼吸中的有害气体分子；在食品安全领域中，石墨烯气敏传感器可以检测食品中的有害气体和化合物，以保障人们的健康；在环境保护领域中，石墨烯气敏传感器可以检测空气和水中的有害污染物，帮助人们监测和控制环境污染。

尽管石墨烯气敏传感器在理论和实验上都已经取得了很多的进展，但是目前仍然存在一些挑战。

例如，石墨烯气敏传感器灵敏度的提高、选择性的增强等方面仍然需要进一步探索。

此外，石墨烯气敏传感器的制备工艺、可靠性等方面也需要不断的改进和完善。

总之，石墨烯气敏传感器在气体检测、环境监测等领域具有很大的应用潜力。

石墨烯气敏传感器的研究不仅有助于提高人们的生活质量，还能够为环境保护、医学等领域的科学研究提供帮助。

随着石墨烯技术的不断发展和完善，相信石墨烯气敏传感器一定会有更为广泛的应用和更好的发展。

石墨烯在传感器技术中的应用前景

石墨烯在传感器技术中的应用前景石墨烯是一种新型的二维材料，具有很多优异的性能，如高导电性、高机械强度、高导热性、高透明性等等。

这些性能使它可以被应用于许多领域，其中传感器技术是最具有应用前景的一个领域之一。

在本文中，我们将详细地探讨石墨烯在传感器技术中的应用前景。

1. 石墨烯基压力传感器压力传感器是一种广泛应用于许多领域的传感器，如汽车、医疗、环境监测等等。

石墨烯具有优异的机械强度，可以被用来制造高灵敏度、高精度的压力传感器。

石墨烯基压力传感器与传统压力传感器相比，具有更好的灵敏度和更高的响应速度。

这让它在制造生物医学器械和环境监测设备等方面有了广泛的应用。

2. 石墨烯基光学传感器光学传感器是指利用光学原理来进行测量和检测的传感器。

石墨烯的优异透明性和高导电性可以被用于制造高灵敏度的光学传感器。

石墨烯基光学传感器在检测微生物、甲醛等有害气体、污染物质等方面有了广泛的应用。

3. 石墨烯基化学传感器化学传感器是用于检测和测量化学物质浓度、气体浓度等的传感器。

石墨烯具有高度的化学稳定性和电子传导性，可以被用来制造高灵敏度、高精度的化学传感器。

石墨烯基化学传感器在检测汽车尾气、空气污染物、药品成分、食品添加剂、病毒等方面有了广泛的应用。

4. 石墨烯基生物传感器生物传感器是指利用生物分子之间的相互作用和反应来进行测量和检测的传感器。

石墨烯具有优异的导电性和高度的生物相容性，可以被用来制造高灵敏度、高精度的生物传感器。

石墨烯基生物传感器在制造生物医学器械、检测生物标志物等方面有了广泛的应用。

5. 石墨烯基热传感器热传感器是一种测量温度变化的传感器，被广泛应用于许多领域，如电子、航空、化工等。

石墨烯具有优异的导热性，可以被用来制造高灵敏度、高精度的热传感器。

石墨烯基热传感器在制造电子元器件、汽车发动机温度检测等方面有了广泛的应用。

6. 石墨烯基气体传感器气体传感器是一种测量气体浓度的传感器，被广泛应用于环境监测、工业生产和生物医疗等领域。

石墨烯的神奇应用

石墨烯的神奇应用作者：徐俊来源：《科学导报》2015年第85期掺硼石墨烯可制成超高灵敏度气体传感器用石墨烯制成的气体传感器已具有很高灵敏度，但科学家并不止步于此，通过在石墨烯中加入硼原子的方式，他们开发出一种灵敏度极高的气体传感器。

新的气体传感器能够探测到浓度极低的有害气体分子，如空气中含量为十亿分之一的氮氧化合物和百万分之一的氨气，灵敏度比单纯用石墨烯制成的气体传感器要分别高出27倍和1000倍。

鲨鱼能嗅出稀释一亿倍的血液，但比起高灵敏的石墨烯，鲨鱼也只能自愧不如了。

新石墨烯催化剂可低成本制氢由石墨烯掺杂氮和钴原子所形成的催化剂可长期有效地从水中生产氢，最大特点是利用原子进行催化，在很低的电压下即可发挥出相当于铂催化剂的效率，成本低于铂碳催化剂数百倍，是一种很好的高性能材料。

研究人员将新催化剂混合成溶液，制成了纸状材料或表面涂层，便于集成到设备上。

石墨烯发热理疗品石墨烯智能发热理疗产品如护腰、围巾、发热户外服等具有轻薄柔软、便于携带的优势。

以石墨烯护腰为例，它由内衬层、石墨烯加热膜层和外敷层组成，其内的碳原子产生的热能3秒内迅速升温，仅10秒可达35℃，独特的晶粒取向可均匀发热，在发热过程中还能产生8～14微米的远红外线，可促进生物生长和血液循环，具有医疗保健作用。

除了将石墨烯的高导热性用在可穿戴设备上，还可以用于室内采暖。

一幅石墨烯采暖画就可以使面积10平方米的房间迅速温暖起来，其表面温度最高可达75℃～85℃，电热转换率高至99%。

石墨烯防弹衣通过用金刚石探针检测它的单层抵抗力，人们已知石墨烯属于世界上最强的材料。

最近，美国科学家首次用一种硅石球来射击石墨烯，检验它承受冲击的能量。

他们发现，石墨烯层能在破碎之前迅速分散冲击力，中断通过材料的外展波，防弹插板只需17毫米就能达到甚至超过传统产品的防弹效果，重量还可减轻20%。

以石墨烯层为基础的复合材料及其他轻质高强材料可制成很有前景的盔甲系统。

石墨烯基SnO_x-Sn气体传感器灵敏度影响因素研究

Study on influencing factors of graphene-based SnOx -Sn sensors gas sensitivity*
YUAN Yutong，YANG Yangfeifei，ZHAO Yiyuan，HUANG Wenjie，XIE Haifen
（ Department of Physics，School of Science，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China）
征。并测试了其在室温下对低体积分数甲醛和二氧化氮（ NO2 ）气体的响应特性。研究并分析了膜蒸发速率、基底加热时间、氧气流量对传感器响应灵敏度的影响。
关键词：石墨烯基；氧化锡；热蒸发；甲醛；二氧化氮
中图分类号： TP 212
文献标识码： A
文章编号： 1000—9787（ 2019） 08—0005—04
0引言石墨烯以其独特的二维单原子层结构、电子能带结构
和特殊的理化性质受到人们的广泛关注［1］，它的高电子迁移率、高热导率、高力学性能、大比表面积等优异特性使得石墨烯成为应用前景广阔的气体传感器材料。但由于本征石墨烯表面没有悬空键，吸附性能较差，且对多种气体都可以产生不同程度的响应，如二氧化氮（ NO2 ）［2 ～ 4］、氨气（ NH3 ）［4］、氢气（ H2 ）［5］、二氧化碳（ CO2 ）［6］、二氧化硫（ SO2 ）［7］等，气敏选择性较差。为了提高其灵敏度和选择性，通常对石墨烯表面进行功能化处理，比如石墨烯—金属氧化物纳米复合材料即可以优势互补，创造出比原单一材料更为优良的性质［8］。文献［9 ～ 13］报道了由氧化铜（ CuO）、氧化锌（ ZnO ）、二氧化钛（ TiO2 ）、三氧化二铁（ Fe2 O3 ）、三氧化二铟（ In2 O3 ）等不同金属氧化物嫁接的用于检测特定气体的气体传感器。

石墨烯传感器工作原理

石墨烯传感器工作原理石墨烯作为一种新材料，具有许多独特的性质和应用潜力。

其中，石墨烯传感器作为一种新型传感器，其工作原理备受关注。

本文将从石墨烯传感器的结构、工作原理以及应用等方面进行介绍。

一、石墨烯传感器的结构石墨烯传感器通常由石墨烯层、基底、电极和控制电路等组成。

其中，石墨烯层是传感器的核心部分。

石墨烯层由一层层的石墨烯单原子薄片组成，这些薄片通过化学气相沉积或机械剥离等方法制备得到。

二、石墨烯传感器的工作原理石墨烯传感器的工作原理基于石墨烯对外界环境的敏感性。

当石墨烯传感器处于某种环境中时，石墨烯层会与该环境中的分子或离子发生相互作用，从而改变其电学特性。

基于这种改变，可以通过测量石墨烯层的电学性能变化来判断环境中的某种物质或参数的变化。

具体而言，石墨烯传感器通常利用石墨烯层的导电性变化来检测目标物质。

当目标物质与石墨烯层相互作用时，会引起石墨烯层电荷的再分布，从而改变石墨烯层的导电性。

这种导电性的变化可以通过测量传感器电极上的电压或电流来实现。

三、石墨烯传感器的应用石墨烯传感器由于其高灵敏度、快速响应和宽工作范围等优点，被广泛运用于各个领域。

以下是石墨烯传感器的几个应用案例：1. 生物传感器：石墨烯传感器可以用于检测生物分子，如蛋白质、DNA等，用于生物医学检测、疾病诊断和药物研发等领域。

2. 环境传感器：石墨烯传感器可以用于监测环境中的有害气体、水质污染和土壤污染等问题，为环境保护提供支持。

3. 气体传感器：石墨烯传感器可以检测空气中的各种气体，如二氧化碳、氨气等，用于室内空气质量监测和气体泄漏检测等方面。

4. 应变传感器：石墨烯传感器可以通过测量材料的电阻变化来检测物体的应变情况，用于材料力学性能测试和结构安全监测等。

5. 温度传感器：石墨烯传感器可以通过测量石墨烯层的电阻随温度的变化来实现温度检测，用于温度控制和温度监测等应用。

总结：石墨烯传感器是一种新型传感器，其工作原理基于石墨烯层对目标物质的敏感性。

石墨烯在传感器领域中的应用

石墨烯在传感器领域中的应用石墨烯是一种由碳原子构成的单层薄膜材料，具有高导电性、高透明度和超强机械强度等优异特性，因此被广泛应用于多个领域，如电子、光学、能源和材料科学等。

在传感器领域中，石墨烯也被认为是一种具有巨大潜力的新型材料，因为其极高的灵敏度、快速的响应速度和良好的可重复性能够在诸多应用中发挥出色的作用。

1. 石墨烯在气体传感器方面的应用石墨烯气体传感器是一种基于石墨烯的传感器，其工作原理是通过检测气体分子与石墨烯表面之间相互作用引起的电性变化。

由于石墨烯具有大量可利用的表面积，它们能够高效地吸附气体分子，从而实现高灵敏度的检测。

另外，石墨烯还能够很快地响应气体的变化，并且具有很好的选择性，能够有效地区分不同种类的气体。

因此，石墨烯在气体传感器方面的应用具有广泛的前景，可以应用于空气污染监测、生化检测和气体检测等领域。

2. 石墨烯在生物传感器方面的应用生物传感器是一种能够检测生物分子的传感器，如蛋白质、DNA和细胞等。

由于石墨烯具有良好的生物相容性、高灵敏度和极低的检测限度，它们能够被广泛应用于医药和生物医学领域。

例如，基于石墨烯的蛋白质传感器在癌症诊断中能够识别一些癌症特异性蛋白质，从而帮助医生早早发现并治疗癌症。

另外，基于石墨烯的DNA传感器也能够检测基因的变异并对其进行分类，为疾病的诊断和治疗提供帮助。

3. 石墨烯在应力传感器方面的应用应力传感器是一种用于测量物体形变或受力的传感器，例如测量桥梁或建筑物的变形。

基于石墨烯的应力传感器由于具有可靠性高和灵敏度高的特点，大大拓展了应力传感器的应用领域。

基于石墨烯的微型应力传感器可以嵌入到纤维中，用于测量材料的应力分布，从而更好地了解材料的力学性能。

此外，基于石墨烯的智能应力传感器可以在机器人、汽车等领域，通过测量机器的变形来完成精准控制，提高机器的效率和安全性。

4. 石墨烯在环境传感器方面的应用环境传感器用于检测大气、水和土壤中的污染物质，例如二氧化碳、甲醛和重金属等。

石墨烯材料在气体传感器中的应用

石墨烯材料在气体传感器中的应用孙丰强*, 许适溥【摘要】摘要：介绍了石墨烯作为气敏材料在气体传感器件中的应用特点，包括所用石墨烯的制备方法，不同方法合成的石墨烯在器件加工时的特点，不同类型的传感器对气体的检测情况，以及该类传感器的主要缺陷和改进的一些基本方法.结合作者的部分工作，指出与半导体材料复合的方式代表了石墨烯在气体传感器领域应用的一个主要方向.【期刊名称】华南师范大学学报（自然科学版）【年(卷),期】2013(000)006【总页数】7【关键词】石墨烯; 气体传感器; 气敏材料石墨烯材料是一种二维层状、单原子厚度的碳单质,由sp2杂化的碳原子在二维平面上有序排列而成.严格意义上，石墨烯材料仅指单原子厚度(单层)的碳单质，但是在实际研究中，层数较少(寡层)或者含有其它原子(如氮、氧或氢)的类似结构，也被称作石墨烯材料.石墨烯片是多种碳材料的基本构成单元，例如，石墨烯卷曲为闭合结构，即构成富勒烯；石墨烯沿着轴向卷曲，即构成CNT；多层石墨烯平行、有序地堆叠，即构成石墨.石墨烯材料在2004年真正地进入了人们的视线，它有着巨大的比表面积(2 630 m2·g-1)，高本征迁移率(2.0×105 cm2·v-1· s-1)[1-2]，高杨氏模量(1.0～1.2 TPa)[3]，高热导电性(～5 000 W·m-1·K-1)[4]，高光学透视率(～97.7%)和高电导性[5-6]；与碳纳米管相比，石墨烯更具柔软度，生物相容性，大表面积效应和易于被化学修饰功能化的特点，这些性能使得它广泛地应用作透明电极[7-9]，能源采集储存中的活性材料[10-11]，场效应晶体管中的通道材料[12-13]，催化材料[14-15]等.制备石墨烯材料常用的方法有机械剥离法、氧化石墨(graphite oxide)还原法、超声波剥离法、气相沉积法(chemical vapordeposition,以下简称CVD)、碳化硅(SiC)外延生长法和催化炭化法等，不同的制备方法，最后得到的产品的结构性能及主要用途也不尽相同(表1).在所有方法中，氧化石墨还原法(也称为Hummer法[16])应用最广泛，众多有关石墨烯的研究中，都采用此种方法合成的石墨烯.气体传感器是用于环境气体检测的常用器件之一，选择易于与环境气体吸附或反应的功能材料，大范围改变材料的电阻，提高灵敏度，一直是本领域追求的目标.近几年，随着石墨烯材料的广泛研究[17-20]，其优良的导电性能和其表面丰富的、易被修饰的功能集团非常适宜作为电阻型气体传感器，引起了本领域研究者的高度关注，许多类型的高灵敏度的器件被研究和利用，在气体检测方面有了很大的提高.本文重点介绍石墨烯在气体传感器领域应用的基本原理、现状和问题.1 石墨烯类气体传感器的基本构筑方法和工作原理石墨烯主要应用于电阻型气体传感器，该类传感器的原型如图1所示.制作的基本步骤是：选定特定的绝缘陶瓷衬底，在此衬底表面涂覆或生长石墨烯材料或石墨烯/半导体复合材料作为气敏材料，在气敏材料两端引出电极，电极接入检测电路即可获得一个气体传感器.工作时，传感器置于特定的气氛中，气体分子将吸附在气敏材料表面，导致电阻的变化，根据电阻的变化可对气体进行定性或定量检测.石墨烯能够应用于气体传感器领域主要归功于其良好的导电性、大的比表面积[29]、表面特殊功能集团及其所显示的P型半导体的特点等.理论研究[30-31]表明，石墨烯材料作为p型的半导体，其导电性会受到吸附上来的气体分子的影响，简单地说，如果附着在石墨烯的表面气体分子具有诱导拉电子效应的话，其表面空穴会增多而表现出导电性的上升；如果表面的气体分子具有共轭给电子效应，其表面多余的空穴则会减少而表现出导电性能下降，这一理论模型也得到了实验的验证.在实际应用时，石墨烯可以单独加工成气体传感器件，也可以与其它半导体气敏材料复合.与传统的半导体气敏材料相比,石墨烯的应用可明显提高传感器的灵敏度，缩短响应时间和回复时间,降低噪音信号[19，32].研究发现，它对很多种气体均有响应，表2是石墨烯类气敏传感器对几种常见气体的检测情况.2 石墨烯材料在气体传感器中应用石墨烯材料中有3种被广泛地应用到气敏传感器中，分别是通过剥离得到的石墨烯[37]，CVD生长的石墨烯[38]和还原氧化石墨烯[19].为了更好地阐述石墨烯在传感器中所表现出的性能与原理，本文重点介绍石墨烯单纯用作气敏材料的相关研究.2.1 剥离得到的石墨烯片在气体传感器中的应用通过机械剥离或化学剥离方式得到的石墨烯，产量低，一般只是单独用于构筑气敏器件，很少与其他半导体材料进行复合.该类石墨烯价带一般是零或者是接近于零，这就意味着表面只需吸附少量的分子,电导率就会有明显的变化，相较于宽带隙的半导体材料其敏感度会更高,最初应用于制作气敏传感器的石墨烯材料都是通过该方式得到，可对不同气体分子产生响应[29,39].这类石墨烯在器件加工时，一般是将石墨烯片先附着或放置在惰性衬底上，然后通过物理方法(如金属的热蒸发、电子束蒸发或刻蚀等)在石墨烯片的两端制作电极，构筑器件. MASSERA等[40]在惰性气体存在的条件下对膨胀石墨进行机械剥离得到高质量的少层石墨烯片，然后在石墨烯片上沉积铂电极，得到在室温下对NO2响应的气敏元件(图2A). GEIM等[29]也用机械方法剥离得到的石墨烯片构筑了传感器，该传感器对于环境中浓度低于1 μg/L的有毒气体(如NO2、NH3、H2O、CO等)能有效地进行检测(如图2 B).但在实验中发现石墨烯材料和碳纳米管相似，与目标分子的键合紧密，这意味着气体分子的解离过程会比较漫长，影响器件的重复利用.为克服这一缺点，需要对其进行加热解离，或者通过紫外线照射来恢复其对气体的响应.针对机械剥离和化学剥离2种不同方法得到的石墨烯，MASSERA[41]在通过对NO2检测的实验中表明，化学剥离出来的石墨烯片不但厚度均一，且更适合于作为气敏器件的原料.尽管如此，剥离法制备石墨烯由于没有经过任何化学修饰，导致其分散性能较差，难以对其尺寸和形貌进行控制；同时，在制作器件时操作比较复杂，选定一个理想的器件不是容易的事，在实际应用时受到限制，所以该类石墨烯只能更多地用于实验理论研究.2.2 CVD生长的石墨烯在气体传感器中的应用近几年CVD技术的快速发展使其被更多地应用到石墨烯制备中，取得了很好的预期效果，在金属衬底的辅助下，产品中单层石墨烯的比例高达95%[39].最近，CHU[42]等报道，CVD外延生长的石墨烯修饰上铂之后，可检测出空气中的氢气，可是他们并没有作平行的对比，即与其他修饰有铂的碳材料作比较，深入研究石墨烯引入后所起的作用.后来，WU等[43]通过将CVD生长的石墨烯表面修饰有铂的气敏元件和纯粹的铂金属薄膜作比较，发现石墨烯的引入不仅提高了对氢气的灵敏度，也减少了反应时间和恢复时间，对氢气检测的最低限度能达到25 mg/L.但是，CVD外延生长的石墨烯必须得依托固定的衬底，从而极大地制约了其在实际生活中的应用.为实现其器件化，应尽量摆脱衬底的辅助，最近有研究者[36]借助镍骨架CVD得到了形貌可控的三维石墨烯泡沫(图3)，相较于传统的CVD制备方法，不需要基底的转移，且能够探测到比商业级别的聚吡咯传感器低一个数量级浓度的NO2气体，但对于满足实际生活实践中对气敏传感器的制备要求，CVD的方法仍难以进行推广.2.3 还原氧化石墨烯在气体传感器中的应用还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide)较其它类型石墨烯容易获得，且产量较高，在气体传感器方面的应用形式比较灵活：可以用单独使用还原氧化石墨烯片来加工为气体传感器[43-44]，也可以利用其可溶性的优点，借助制备薄膜的技术来进行器件的加工[17, 45].直接用还原氧化石墨烯片加工器件与剥离方法得到的石墨烯片的加工类似；薄膜技术则主要包括旋涂技术、喷墨印刷技术和电泳技术.FOWER等[17]即利用旋涂技术，在交叉电极上覆盖还原氧化石墨烯片获得了传感器(图4 A与B).这种器件对于NO2和NH3具有不同的响应特点,其原因与石墨烯一样，以还原氧化石墨烯为基底的气敏传感器，在其本身的P型区域，吸电子的二氧化氮会减低其电阻，相反的，给电子的氨气会增加其电阻.这一类化学传感器可用于检测TNT爆炸时产生的DNT，精度在μg/L以上[41,44].ROBINSON等[19]则利用了一种不同的旋涂方法，即直接利用旋涂法先制得石墨烯薄膜，然后在薄膜边缘沉积上金电极，得到以石墨烯为基底的气敏传感器(图4B).研究发现，相较于碳纳米管气敏器件，以还原石墨烯为基底的器件具有低噪音的优点；在原理方面，与剥离法得到的石墨烯不同,还原氧化石墨烯表面具有许多带氧官能团,这些官能团也会对检测气体分子有一定的吸附,从而导致电阻率的变化.当然,带氧官能团和sp2杂化碳骨架对气体分子有不同的吸附速率，调节带氧官能团，原则上可有效地调节器件的灵敏度.利用还原氧化石墨烯可在溶液里加工的特性，采用喷墨印刷技术也可以加工基于还原石墨烯的传感器.最近，DUA等[46]就利用附有表面活性剂的还原氧化石墨烯水溶液作为墨水原料，在PET薄膜上印记出还原氧化石墨烯通道.与其它方法获得的以还原氧化石墨烯为基底的传感器不同，该类传感器中的还原氧化石墨烯薄膜要薄很多，所制得的气敏传感器对NO2的检测数量级预计达到400 μg/L.除此以外，有研究者[47]提出借助制作碳纳米管电子器件的交流介电电泳法来制备以还原氧化石墨烯为通道的气敏传感器.首先将金属Ni附在SiO2衬底两边，Ni作为催化剂，利用CVD方法在Ni表面沉积一层石墨烯，将附有石墨烯的Ni作为电极，通以交流电.将掺有钯的还原氧化石墨烯悬浮液滴加在两电极中间，石墨烯因表面带有电荷，在交流电场作用下将向两极移动，从而在两电极之间形成导电薄膜.这样，衬底、电极、还原氧化石墨烯即组成了一个气体传感器件，钯颗粒附着在石墨烯表面可提高灵敏度.该器件对环境中2～400 μg/L的NO气体有非常好的响应.2.4 主要缺陷及一些解决方法近几年石墨烯作为气敏材料，应用到对气体的高灵敏度检测的确很受关注，但还是存在着很多挑战，主要问题是：(1)石墨烯本身总会存在一定的缺陷，器件的稳定性会受到严重影响；(2)恢复时间太长，有时长达数小时[17]；(3)几乎都限于理论研究，器件的加工流程复杂，成本高，缺少实际的应用.研究者也在不断改进石墨烯的制备方法，改善石墨烯的结构形态以及器件的加工方式以期达到理想的结果.例如，大面积的、高质量的、均一的石墨烯薄膜的合成一直受到的人们的重视[41]；最近，DONG等[48]构筑了还原氧化石墨烯的网状结构，在测试对目标分子的响应时，发现比碳纳米管的网状结构更具优势；而LU等[49]在石墨烯通道上偶联了单链的DNA作为增敏剂来对目标分子进行检测，其表现出来的性能较原先有极大的提高；一些研究者也在不断尝试利用商业用气体传感器的加工方法来加工石墨烯类气体传感器.另外一个比较重要的应用方法是将石墨烯作为改良剂与半导体材料复合，这是目前研究中的一大类方法，也是石墨烯类材料在传感器领域应用的重要方向，有助于推动石墨烯器件的实用化.本课题组结合自己传统的研究优势，有序孔薄膜相关的研究[50-53]，将氧化石墨烯直接与半导体材料(SnO2)复合，直接在商业用陶瓷管上构筑了单层有序多孔薄膜气体传感器件(本研究组构筑的石墨烯-SnO2单层有序孔薄膜气体传感器见图5).由于氧化石墨烯的加入，多孔薄膜的导电性有了质的飞跃，而未添加氧化石墨烯的薄膜导电性极差以至于不能进行敏感性能测试.更重要的是，该器件的响应时间非常短而灵敏度很高，在测试100 mg/L的甲醛气体时，响应时间仅有5秒，灵敏度则达到22，这些性能显然比单纯的石墨烯器件优良很多，对于克服目前石墨烯器件的缺陷具有重要意义.3 总结与展望近5年石墨烯材料在气敏传感器里的应用研究非常广泛，和碳纳米管、纳米硅线等纳米材料相比，石墨烯材料更适合被构筑为通道材料，因为其本身具有的低声噪，易于被功能化修饰，易于加工.特别是还原氧化石墨烯在通道材料里的应用，由于其方便加工，且表面有很多易于修饰的化学基团，除单独应用作气体传感器外，最近几年对其复合材料的研究也有很多，比如，高聚物-还原氧化石墨烯复合材料[35]，生物大分子-还原氧化石墨烯复合材料[49]，纳米无机颗粒-还原氧化石墨烯复合材料[54]等，这些新型的复合材料都具备有较好的气敏性能，而未来的工作也将更注重于在高效率的条件下生产出形貌可控、可以重复利用的气敏传感器.石墨烯材料作为一种新兴的材料运用于传感器，还需要更彻底了解它的作用机理，才能更有效地提高它的气敏性能.参考文献：[1] BOLOTIN K L, SIKES K J, JIANG Z, et al. 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石墨烯在传感器中的应用

石墨烯在传感器中的应用石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维晶体材料，它具有出色的导电性和热传导性能。

近年来，石墨烯在各个领域的应用逐渐扩大，尤其是在传感器领域中的应用备受关注。

传感器是一种能够感知、接收外界信息并转化为可用信号的装置。

石墨烯作为一种新型材料，具有极高的电子迁移率和热导率，这意味着它能够更快速和准确地响应外界信号。

因此，将石墨烯应用于传感器中，可以提高传感器的灵敏度和响应速度。

首先，石墨烯在化学传感器中的应用非常广泛。

化学传感器常用于检测和测量化学物质的浓度、成分和特性。

由于石墨烯具有巨大的比表面积和高导电性，它可以用作传感器的电极材料，用于捕获目标物质，并通过电子传输来检测目标物质的浓度变化。

例如，在环境监测中，石墨烯化学传感器可以快速检测到空气中的有害气体浓度，如二氧化碳、硫化氢等，从而及时采取相应的措施以保护人们的健康。

其次，石墨烯在生物传感器中的应用也表现出了巨大的潜力。

生物传感器是一种能够检测和测量生物分子的装置，常用于医学诊断、生物研究和食品安全等领域。

由于石墨烯具有优异的生物相容性和生物吸附性，它可以用作生物传感器的敏感层材料，用于捕获和测量生物分子，如蛋白质、DNA等。

通过与特定的生物分子相互作用，石墨烯生物传感器可以用于癌症早期诊断、病原体检测和基因测序等领域，具有非常重要的应用前景。

此外，石墨烯还可以用于光学传感器的制备。

光学传感器是一种基于光学原理进行信号检测和测量的装置。

石墨烯具有很高的透明性和光学响应性，可以用于制备纳米级别的光学敏感器结构。

通过调节石墨烯的形态和结构，可以实现对特定光波的敏感性调控，从而实现对特定信号的高度选择性和灵敏性检测。

这种石墨烯光学传感器在光通信、光谱分析和生物成像等领域有着广阔的应用前景。

最后，石墨烯在力学传感器中的应用也值得关注。

力学传感器是一种能够检测和测量力学变化和应力的装置。

石墨烯具有出色的强度和柔韧性，可以用作力学传感器的敏感层材料。

石墨烯在传感器中的应用研究

石墨烯在传感器中的应用研究石墨烯是近年来备受瞩目的一种材料，其独特的物理和化学性质使其在各个领域展现出巨大的潜力。

其中，石墨烯在传感器中的应用研究引起了人们的广泛关注。

本文将探讨石墨烯在传感器中的应用，并分析其优势和挑战。

石墨烯是由碳原子组成的二维薄膜，具有高导电性、高可弯曲性和高表面积等特点。

这些特性使得石墨烯成为传感器领域的理想材料。

首先，石墨烯的高导电性能使得其能够灵敏地检测微小的电信号。

与传统材料相比，石墨烯传感器的灵敏度更高，能够更精确地感知并测量环境中的各种参数。

其次，石墨烯的高可弯曲性使得其能够适应复杂的形状，从而广泛应用于柔性传感器。

柔性传感器可以实时监测并测量身体的变化，促进医疗诊断和健康监测的发展。

最后，石墨烯的高表面积能够提高传感器的灵敏度和稳定性，使其能够更好地适应各种环境。

然而，石墨烯在传感器中的应用还面临一些挑战。

首先，石墨烯的大量制备仍然是一个难题。

目前，虽然已有许多制备石墨烯的方法，但在实际应用中仍存在一些问题，如生产工艺复杂、成本较高等。

其次，石墨烯的稳定性也是一个需要解决的问题。

由于石墨烯的二维结构易于受到外界环境的影响，如氧气、水分等，导致石墨烯的性能表现不稳定。

如果无法解决这些问题，将会影响石墨烯传感器的应用前景。

为了解决这些挑战，科学家们正在进行广泛的研究。

一方面，他们致力于开发更简单、高效和可扩展的石墨烯制备方法。

例如，化学气相沉积、机械去氧化法等方法可以大量制备高质量的石墨烯，为其应用提供更多可能性。

另一方面，科学家们还在探索各种方法来提高石墨烯传感器的稳定性。

例如，引入保护层、改变制备条件等手段可以降低石墨烯的氧化速度，从而提高传感器的性能和稳定性。

石墨烯在传感器领域的应用前景广阔。

除了上述提到的电子传感器和柔性传感器外，石墨烯还可以应用于光学传感器、化学传感器等领域。

例如，石墨烯可以作为光学传感器中的表面增强拉曼散射基底，提高传感器的灵敏度和探测限。

科学家利用掺硼石墨烯制成超高灵敏度气体传感器

科学家利用掺硼石墨烯制成超高灵敏度气体传感器
佚名
【期刊名称】《中国粉体工业》
【年(卷),期】2015(000)006
【摘要】一个国际联合研究小组宣布,通过在石墨烯中加入硼原子的方式,他们开发出一种灵敏度极高的气体传感器。

该技术在灵敏度上,比目前最先进的气体传感器高6个数量级。

未来这种传感器有望在科学实验和工业中获得广泛的应用,无论是有毒有害气体、超标排放的汽车尾气,还是大气污染中的氮氧化合物都会在它面前一一现出原形。

据悉,该装置能＂嗅＂出空气中浓度极低的有害气体,在人们还未察觉时发出警报。

【总页数】2页(P43-44)
【正文语种】中文
【中图分类】X832.02
【相关文献】
1.石墨烯鼓有望制造出超高灵敏度传感器和量子计算机内存芯片 [J],
2.掺硼石墨烯可制成超高灵敏度气体传感器以监测空气质量 [J],
3.石墨烯鼓有望制造出超高灵敏度传感器和量子计算机内存芯片 [J],
4.基于光纤激发石墨烯布里渊光机谐振新现象的超高灵敏度光纤气体传感研究 [J],
5.掺硼石墨烯可制成超高灵敏度气体传感器 [J],
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不只有石墨烯电池,传感器也需要它!

不只有石墨烯电池，传感器也需要它！
据麦姆斯咨询报道，内布拉斯加大学林肯分校最新的一项研究指出，将DNA尺寸大小的碳带固定在气体传感器上可以提高其灵敏度，效果远优于其它任何现有碳材料。

团队开发了一种由石墨烯制成的新型纳米带，这是一个由碳原子构成的2D蜂巢。

当研究人员将纳米带薄膜集成到气体传感器的电路中去时，与过去的传感器，甚至是最佳性能的碳基材料相比，它对分子的响应灵敏度高出了100倍。

内布拉斯加大学林肯分校化学系的副教授Alexander Sinitskii表示，“我们以前也研究过其它碳基材料传感器，如石墨烯和氧化石墨烯。

使用石墨烯纳米带，我们确定可以看到传感器的响应，但是我们没有预想到会比过去所看到的更高。

”
研究人员在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上发表了研究结果，显示气体分子可以显着改变纳米带薄膜的电阻。

不同的气体产生不同的电阻特征，帮助传感器在它们之间进行区分。

内布拉斯加州材料与纳米科学中心的一名成员Sinitskii表示，“一张芯片上有多个传感器，我们能够证明我们可以区分具有几乎相同化学性质的分子。

例证如下，我们可以区分甲醇和乙醇，因此这些基于石墨烯纳米带的传感器不仅具有敏感性，还具有选择。

残次石墨烯可造超灵敏“电子鼻”

残次石墨烯可造超灵敏“电子鼻”
佚名
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2014(43)9
【摘要】美国伊利诺伊大学芝加哥分校的科学家日前开发出一种能够分辨出单个气体分子的超高灵敏度＂电子鼻＂。

这种新型气体传感器对气体分子的吸收能力比传统化学传感器强300倍。

让人不可思议的是,用来制造这种高灵敏度＂电子鼻＂的材料竟是此前被认为残次品的、存在缺陷的石墨烯。

相关论文发表在《自然·通信》杂志网站上。

【总页数】1页(P2264-2264)
【关键词】石墨烯;电子鼻;气体传感器;化学传感器;伊利诺伊大学;杂志网站;超高灵敏度;多晶结构;利希;分子吸附
【正文语种】中文
【中图分类】TQ127.11
【相关文献】
1.基于纳米金/石墨烯修饰的超灵敏己二烯雌酚电化学生物传感器 [J], 张洁;吴珺;王传现;邵科峰;陈昌云;赵波
2.石墨烯红外探测器将成为从红外到紫外的全光谱、超灵敏、超快室温探测器 [J], 高国龙
3.能用于超灵敏传感器的硼掺杂石墨烯 [J], 董丽
4.石墨烯原理超灵敏气体传感器 [J],
5.基于氨基化石墨烯量子点荧光比率法超灵敏检测辣根过氧化物酶 [J], 王鲁敏;梁瑜;卢双燕;肖琦;黄珊
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