GO/RGO在光纖傳感領域會有越來越多的應用,其基本的原理是利用石墨烯及氧化石墨烯的淬滅特性、分子吸附特性以及對金屬納米結構的惰性保護作用等,通過吸收光纖芯層穿透的倏逝波改變光纖折射率或者基于表面等離子體共振(SPR)效應影響折射率。GO/RGO可以在光纖的側面、端面對光進行吸收或者反射,而為了增加光與GO/RGO層的相互作用,采用了不同光纖幾何彎曲形狀,如直型、U型、錐型和雙錐型等。有鉑納米顆粒修飾比沒有鉑納米顆粒修飾的氧化石墨烯薄膜光纖傳感器靈敏度高三倍,為多種氣體的檢測提供了一個理想的平臺。雖然GO具有諸多特性,但是由于范德華作用力,使GO之間很容易在不同體系中發生團聚。北京合成氧化石墨
氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團含有孤對電子,可作為配位體與具有空的價電子軌道的金屬離子發生絡合反應,生成不溶于水的絡合物,從而有效去除溶液中的金屬離子。Madadrang等45制得乙二胺四乙酸/氧化石墨烯復合材料(EDTA-GO),通過研究發現其對金屬離子的吸附機制主要為絡合反應,即氧化石墨烯的表面官能團與水中的金屬離子反應形成復雜的絡合物,具體過程如圖8.7所示,由于形成的絡合物不溶于水,可通過沉淀等作用分離去除水中的金屬離子。綠色氧化石墨生產氧化石墨中存在大量親水基團(如羧基與羥基),在水溶液中容易分散。
氧化石墨烯(GO)在很寬的光譜范圍內具有光致發光性質,同時也是高效的熒光淬滅劑。氧化石墨烯(GO)具有特殊的光學性質和多樣化的可修飾性,為石墨烯在光學、光電子學領域的應用提供了一個功能可調控的強大平臺[6],其在光電領域的應用日趨***。氧化石墨烯(GO)和還原氧化石墨烯(RGO)應用于光電傳感,主要是作為電子給體或者電子受體材料。作為電子給體材料時,利用的是其在光的吸收、轉換、發射等光學方面的特殊性質,作為電子受體材料時,利用的是其優異的載流子遷移率等電學性質。本書前面的內容中對氧化石墨烯(GO)、還原氧化石墨烯(RGO)的電學性質已經有了比較詳細的論述,本章在介紹其在光電領域的應用之前,首先對相關的光學性質部分進行介紹。
RGO制備簡單、自身具有受還原程度調控的帶隙,可以實現超寬譜(從可見至太赫茲波段)探測。氧化石墨烯的還原程度對探測性能有***影響,隨著氧化石墨烯還原程度的提高,探測器的響應率可以提高若干倍以上。因此,在CVD石墨烯方案的基礎上,研究者開始嘗試使用還原氧化石墨烯制備類似結構的光電探測器。對于RGO-Si器件,帶間光子躍遷以及界面處的表面電荷積累,是影響光響應的重要因素[72]。2014年,Cao等[73]將氧化石墨烯分散液滴涂在硅線陣列上,而后通過熱處理對氧化石墨烯進行熱還原,制得了硅納米線陣列(SiNW)-RGO異質結的室溫超寬譜光探測器。該探測器在室溫下,***實現了從可見光(532nm)到太赫茲波(2.52THz,118.8mm)的超寬譜光探測。在所有波段中,探測器對10.6mm的長波紅外具有比較高的光響應率可達9mA/W。氧化石墨是由牛津大學的化學家本杰明·C·布羅迪在1859年用氯酸鉀和濃硝酸混合溶液處理石墨的方法制得。
還原氧化石墨烯(RGO)在邊緣處和面內缺陷處具有豐富的分子結合位點,使其成為一種很有希望的電化學傳感器材料。結合原位還原技術,有很多研究使用諸如噴涂、旋涂等基于溶液的技術手段,利用氧化石墨烯(GO)在不同基底上制造出具備石墨烯相關性質的器件,以期在一些場合替代CVD制備的石墨烯。結構決定性質。氧化石墨烯(GO)的能級結構由sp3雜化和sp2雜化的相對比例決定[6],調節含氧基團相對含量可以實現氧化石墨烯(GO)從絕緣體到半導體再到半金屬性質的轉換氧化石墨烯可以有效去除溶液中的金屬離子。鶴崗開發氧化石墨
氧化石墨烯的表面官能團與水中的金屬離子反應形成復雜的絡合物。北京合成氧化石墨
所采用的石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成GO的方法不同,因此導致所合成出來的GO片的大小、片層厚度、氧化程度(含氧量)、表面電荷和表面所帶官能團等不同。GO的生物毒性除了有濃度依賴性,還會因GO原料的不同而呈現出毒性數據的多樣性,甚至結論相互矛盾[2-9]。此外,GO可能與毒性測試中的試劑相互作用,從而影響細胞活性試驗數據的有效性,使其產生假陽性結果。如:Macosko與其合作者[10]的研究發現,在細胞活性試驗中利用四甲基偶氮唑鹽(MTT)試劑與GO作用,GO的存在可以減少藍色產物的形成。因為在活細胞中,當MTT減少時就說明有同一種顏色產物的生成。因此,基于MTT法試驗未能體現出GO的細胞毒性。但是他們利用另一種水溶性的四唑基試劑——WST-8(臺酚藍除外),就能對活細胞和死細胞的數量進行精確的評估。北京合成氧化石墨