石墨烯化學(xué)氣相沉積法制備與DNA傳感器應(yīng)用研究.pdf

1、石墨烯是一種由sp2雜化的單層碳原子組成的二維納米材料，其獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)賦予了石墨烯眾多的優(yōu)異性能，自從2004年被發(fā)現(xiàn)以來掀起了一股研究熱潮，石墨烯被廣泛應(yīng)用于高頻器件、透明電極和生物傳感器。本論文主要工作是石墨烯的生長及轉(zhuǎn)移技術(shù)和等離子體處理對于石墨烯表面潤濕特性的研究及在DNA傳感器方面的應(yīng)用，主要內(nèi)容如下：
　?。?）利用化學(xué)氣相沉積法在銅箔上生長大面積、高質(zhì)量的單層石墨烯薄膜。在實(shí)驗(yàn)過程中，研究了銅箔的前期處理，生長溫度

2、、甲烷的流量對石墨烯質(zhì)量的影響，通過光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡表征了不同條件下生長的石墨烯形貌，通過拉曼光譜儀判定了石墨烯的缺陷及層數(shù)。綜合比較生長工藝參數(shù)的結(jié)果，獲得了本實(shí)驗(yàn)中銅箔上生長石墨烯的最佳條件。
　?。?）在轉(zhuǎn)移工作中，我們改善了利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）高分子作為轉(zhuǎn)移石墨烯介質(zhì)的方法，實(shí)現(xiàn)了石墨烯表面潔凈、無損、大面積轉(zhuǎn)移到任意基板上。為了拓展石墨烯的應(yīng)用，我們創(chuàng)造性的利用金膜作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)，也成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯干

3、凈無損轉(zhuǎn)移。研究表明，以金膜作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)的石墨烯薄膜在表面粗糙度、結(jié)構(gòu)完整性、電性能等方面均可比擬于以PMMA轉(zhuǎn)移介質(zhì)的石墨烯。
　?。?）利用低溫等離子體處理石墨烯的表面，運(yùn)用接觸角、拉曼（Raman）光譜儀、X射線光電子能譜（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）和原子力顯微鏡（Atomic force microscope，AFM）表征了處理前后石墨烯的形貌及缺陷和含氧官能基團(tuán)的變化。探究

4、了石墨烯傳感器在液相環(huán)境工作時，經(jīng)過表面等離子體處理的石墨烯對于傳感器靈敏度的影響。
　?。?）基于高質(zhì)量石墨烯薄膜的生長與轉(zhuǎn)移，我們設(shè)計(jì)了兩種石墨烯 DNA傳感器件，一種是基于石墨烯霍爾效應(yīng)的DNA傳感器，一種是基于石墨烯場效應(yīng)管傳感器，均實(shí)現(xiàn)了DNA無標(biāo)記、高靈敏度、反應(yīng)快、再現(xiàn)性高的檢測。石墨烯的空穴載流子濃度隨著互補(bǔ)DNA濃度的增加而減小，石墨烯場效應(yīng)管的狄拉克點(diǎn)電壓隨著互補(bǔ)DNA濃度的增加左移。兩種DNA傳感器均可實(shí)現(xiàn)1