基于二维纳米材料生物传感及光电探测技术的研究

发布时间：2021-04-06 18:31

　　二维材料作为原子厚度的新型纳米材料,其巨大的比表面积以及优异的物理特性得到了广泛的关注。以石墨烯（Graphene）和二硫化钼（Molybdenumdisulfide,MoS2）作为代表的二维层状材料在电子、光电子、传感等领域开展了大量的研究。作为一种零带隙半导体,石墨烯表现出了双极化电场效应,并具有高的载流子迁移率。利用单层石墨烯的这些特性并结合高稳定性与特异性强的单链脱氧核醣核酸（DNA）适配体（Aptamer）,石墨烯场效应管（Graphene Field-Effect Transistor,GFET）适配体传感器提出了无标记,高灵敏度的生物传感形式。但是,由于石墨烯与复杂样液中的一些生物分子之间存在的非特异性吸附,目前大部分基于石墨烯场效应管的生物分子的检测还是局限于缓冲溶液中或者经过预处理的生理样液,不能用于人体样液的检测。作为一种能够有效地研究DNA适配体与生物分子异性结合的动力学有力的工具,石墨烯场效应管目前针对特异性结合动力学受环境的影响,比如盐离子的浓度和温度对其的影响的研究还非常有限。此外,在小生物分子检测方面,低分子量和低带电量使得石墨烯场效应管在小生物分子直接测... 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：135 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?（ａ）石墨烯的原子结构（ｂ）石墨烯的能带结构??

前石墨烯制备己报道的方法有：机械剥离法［２］、化学气体相沉积法（ＣＶＤ）?［３］、还原氧??化法［４］、晶体外延生长法［５］等。但是就微纳米器件制备来讲，主流的方法是运用机械剥??离法与化学气相沉积法。机械剥离法如图１．２所示，由于石墨烯呈层状结构，且层与层??之间的范德华结合力较弱。通过机械力能够成功地分离出单层以及多层石墨烯。使用此??方法的制备成本非常低，且此法得到的石墨烯质量非常好，缺陷少，性能优异，人类首??次石墨烯的制备就是通过这个方法来实现的。但是得到的石墨烯的尺寸很小，完全不可??能实现大规模制备。因此，机械剥离法多被用来验证材料特性。然而通过对对象基体表??面处理的方法，能够大幅增加制得的石墨烯的尺寸。Ｈｕａｎｇ等人通过使用氧等离子体清??理基体上残留的杂质并且通过适当加热的方式增加原始晶体与基体接触的均衡的接触??面积，获得了比传统方法５０倍面积的单层石墨烯Ｗ。??＿＿＿匿，谓??图１．２机械剥离法制备石墨烯??Ｆｉｇ．?１．２?Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ??鉴于石墨烯巨大的应用前景，要实现大规模的应用必须要实现大面积的合成，相比??机械剥离法

１．２．２二硫化钥的性质及其制备??二维半导体材料硫属化合物由于其具有带隙的特点也得到了大量的关注，二硫化钥??是ＴＭＤ家族中典型的代表。图１．４显示了?ＭｏＳｄＳ原子结构和能带结构。可以看出，二??硫化钼也具有与石墨烯类似蜂窝的点阵结构，但是二硫化钼是六方晶系的层状结构，一??层二硫化钼包含三层原子，其中上下两层为硫原子组成的六角平面，上下两层硫原子以??“三明治＂的形式夹着中间一层为钼原子层。每一个钼原子周围有６个硫原子，每一个硫??原子的周围围绕着３个钼原子，它们之间通过较强的共价键结合。而多层或块状的二硫??化钼则是由单层二硫化铝通过较弱的范德瓦尔斯力耦合而成，层与层之间的距离约为??０．６５ｎｍ。二硫化钼具有三种型体，即１Ｔ，２Ｈ和３Ｒ型。其中，ＩＴ－Ｍ０Ｓ２是四方晶系，具??有金属性，为八面体配位；２Ｈ－ＭＯＳ２是六方对称的，具有半导体性；３Ｒ－ＭｏＳ２属于斜方??对称晶系


本文编号：3121914