石墨烯及氧化石墨烯在光纤传感器的研究与应用
本文选题：石墨烯 切入点：氧化石墨烯 出处：《山东师范大学》2017年硕士论文
【摘要】：石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成的单原子层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料,由碳原子以sp2杂化轨道形成,厚度仅为头发直径的20万分之一(0.334nm),是构造其它维数碳质材料的基本单元。石墨烯具有极大的比表面积(2630m2/g),超高的热导率(3000-5000W/mK),超高的载流子迁移率(2×105cm2V-1s-1),超高的光透过率(单层石墨烯对白光的吸收率只有2.3%)等独特的特性。氧化石墨烯是天然的晶质石墨经化学氧化并且剥离后的产物。每一层石墨烯单片上引入了许多含氧官能团,但氧化石墨烯在结构上仍保持石墨烯的层状结构,因此氧化石墨烯在水溶液或者有机溶液中比石墨烯具有更佳的亲和性。良好的生物相容性、单原子厚度和可修饰性使石墨烯及氧化石墨烯在传感器的研究中展现出了极大的吸引力和研究价值。近几年,石墨烯及氧化石墨烯在传感器领域,尤其是在光传感器领域的应用得到了广泛的关注。石墨烯及氧化石墨烯的荧光淬灭性和分子吸附性,以及对金属纳米结构的惰性保护作用,使其在光纤传感器及表面增强拉曼散射(SERS)传感器中具有巨大的应用潜力。因此,基于石墨烯及氧化石墨烯的光纤传感器和SERS传感器得到了广泛研究。本论文是在这些研究的基础上,结合石墨烯及氧化石墨烯对光纤传感器展开了一系列研究。本文基于石墨烯及氧化石墨烯的独特传感特性,设计了氧化石墨烯光纤折射率传感器和基于氧化石墨烯/银纳米颗粒/还原氧化石墨烯复合薄膜结构的光纤SERS传感器。(1)U型光纤传感器相对直型光纤传感器、锥形光纤传感器及其他类型光纤传感器具有更加稳定的结构,更高的灵敏度,并且容易加工。用纤芯直径62.5μm,包层直径125μm的塑料包覆多模石英光纤来制作U型光纤探针。通过Hummers方法制备合成氧化石墨烯,用旋涂机和加热平台把氧化石墨烯薄膜固定到U型光纤探针表面。利用氧化石墨烯可有效捕捉待测分子的特性,基于折射率传感器原理制作成氧化石墨烯U型光纤传感器。氧化石墨烯-U型光纤传感器总共包括四个部分:分别是光源、氧化石墨烯U型光纤传感区、光纤光谱仪和电脑。用氧化石墨烯U型光纤传感器对体积浓度5%-100%的乙醇溶液进行了吸收率响应检测,传感器展现出了测量范围大、高灵敏度、高分辨率和快速的反应与恢复时间的传感性能,并对中国白酒进行了实际样品检测,说明氧化石墨烯U型光纤传感器具有实际检测应用的潜力。(2)在光纤端面上组装氧化石墨烯/银纳米颗粒/还原氧化石墨烯复合薄膜结构(GO/AgNPs/rGO)来制作光纤SERS传感器。氧化石墨烯薄膜作为分子富集层可有效捕获待测分子,还原氧化石墨烯薄膜作为惰性涂层来保护银纳米颗粒在大气环境下不受氧化,银纳米颗粒由于其优异的SERS活性可以为SERS检测提供热点。银纳米颗粒是通过光化学沉积法制备得到的,选取R6G分子作为探针分子,对银纳米颗粒的光化学沉积时间进行了优化。用R6G作为探针分子,对制作的GO/AgNPs/r GO复合薄膜光纤SERS传感器的SERS性能与GO、AgNPs、r GO/AgNPs、GO/AgNPs复合薄膜的SERS活性进行了比较,并对SERS活性较高的GO/AgNPs复合薄膜和GO/AgNPs/rGO复合薄膜进行了稳定性探究。结果证明,我们制作的GO/AgNPs/r GO复合薄膜结构光纤SERS传感器具有优异的SERS灵敏性和长期稳定性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ127.11;TP212
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，本文编号：1659737
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