自從2004年由英國科學家首次通過機械剝離法得到了石墨烯,便引發(fā)了人們對于石墨烯結(jié)構、性能、應用等方面的研究熱潮。在石墨烯中,六個sp2雜化的碳原子之間相互連接形成環(huán)狀結(jié)構,這種六角型的環(huán)狀結(jié)構通過碳原子緊密結(jié)合形成了蜂巢狀排列的晶格材料。由于石墨烯材料僅由碳原子構成,因此單層的石墨烯僅相當于一個碳原子的厚度,但是卻具有極高的強度與韌性。由于其晶格狀結(jié)構,使石墨烯在有限的面積內(nèi)有更多的生物識別位點。此外,石墨烯還具有高載流子遷移率、高導電率與導熱率等卓越的性能,這些性能也使得石墨烯在生物傳感領域具有很大的發(fā)展?jié)摿�。生物傳感器是一種通過生物識別元件對待測靶分子進行特異識別,然后將產(chǎn)生的生物信號轉(zhuǎn)化為可被檢測到的電學、光學等信號,從而可以對待測物的成分、濃度等信息進行分析的電子器件。檢測過程高效、檢測結(jié)果準確的生物傳感器的使用領域廣泛,目前不但可以實現(xiàn)核酸、蛋白質(zhì)、酶、微生物、金屬離子等的檢測,還可以在單分子水平上進行分析。隨著研究人員對石墨烯的性能研究越來越深入,發(fā)現(xiàn)石墨烯優(yōu)異的電學性能和生物相容性有利于其在生物傳感領域的應用,可以改善生物傳感器的靈敏度、快捷性、集成性等特點。在本文中使... 

【文章來源】：山東師范大學山東省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

生物傳感器的組件[3]

山東師范大學碩士學位論文2測的電學信號，通過對待測物與檢測信號之間關系的分析從而實現(xiàn)對待測目標物的檢測。圖1-2生物傳感器原理簡圖Fig.1-2Schematicdiagramofbiosensor1.1.2生物傳感器的分類生物傳感器主要根據(jù)其生物識別元件、轉(zhuǎn)換元件及檢測方法的不同進行分類，主要分類如下：1．根據(jù)生物識別元件分類：（1）生物親和型生物傳感器：通過待測分子與活性底物之間的特異性相互關系而實現(xiàn)檢測的生物傳感器，主要包括免疫型生物傳感器[4]、核酸生物傳感器[5]、抗體生物傳感器[6]等器件類型。（2）生物催化型生物傳感器[7]：通過使用催化劑對生物分子產(chǎn)生催化作用以實現(xiàn)對于待測底物的檢測，例如酶類生物傳感器[8]、組織生物傳感器等。2．根據(jù)轉(zhuǎn)換元件種類進行分類：（1）電化學生物傳感器[9]：是化學傳感器的一個子類，其轉(zhuǎn)換部分元件通常為電極，通過與生物之間的高特異性識別結(jié)合在一起，使其具有極高的靈敏度，從而傳輸出與待測物相關的電勢等信號從而進行分析[10]。（2）光學生物傳感器[11]：是一種通過光信號引發(fā)的檢測，在待測物質(zhì)與檢測試劑之間產(chǎn)生生物化學反應，并被轉(zhuǎn)化為光學信號進行檢測，目前基于光學的生物傳感器主要包括

山東師范大學碩士學位論文5圖1-3石墨烯及其衍生材料結(jié)構示意圖[30]Fig.1-3Schematicdiagramofgrapheneanditsderivativematerials[30]在電學性能方面，作為一種半導體材料，石墨烯的禁帶寬度為零[31]，因此電子在優(yōu)質(zhì)的石墨烯片層中可以進行彈道運動，而且電子在石墨烯的原子間受到的影響較小，所以在石墨烯結(jié)構中的電子傳輸并不會發(fā)生散射現(xiàn)象，因此在普通環(huán)境下其電子遷移率可以達到2×105cm2/(V.s)[32]，比晶體硅要高100多倍。此外，在室溫下石墨烯中的電導率可以高達106S/m[33]，膜電阻約為30Ω/sq，因此石墨烯是目前已知導電性能最好的納米材料。在力學性能方面，詹姆斯·霍恩（JamesHone）等人研究了單層石墨烯的力學性能[34]，結(jié)果表明，石墨烯的平均斷裂強度為55N/m，理想強度為（130±10）GPa，大約1m2的石墨烯薄膜即可承擔約4Kg的壓力，其強度可達鋼筋材料的100倍之高，因此石墨烯是強度最為優(yōu)異的納米材料。此外，由于石墨烯獨特的晶格結(jié)構，使其在受到強大外作用時，在其原子平面上則會發(fā)生一定的形變彎曲，石墨烯仍然可保持其自身的穩(wěn)定性，也證明了石墨烯還具有極強的韌性。在熱學性能方面，LeeC等人還研究了在室溫條件下單層石墨烯材料的導熱情況，結(jié)果表明，石墨烯的導熱系數(shù)約為5000W·Mk-1[35]，比碳納米管[36]、金剛石[37]等常見的的碳材料要高的多。在光學性能方面，研究人員發(fā)現(xiàn)單層石墨烯不論是在近紅外波段，還是可見光波段均具有優(yōu)異的光透過性，其光透過率可達到97%，幾乎完全透明。此外，不斷增加石墨烯厚度，則其透光能力會有所下降，導電率會隨之上升[38]。

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]石墨烯制備的方法、特性及基本原理[J]. 胡忠良,蔣海云,趙學輝,李娜,丁燕鴻.  材料導報. 2014(11)
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本文編號：3234517