石墨烯

已有研究发现，材料如炭黑( CB )、碳纳米管、石墨烯等在于光源时发生形变。将这些材料引入聚合物中可以将其转化为光响应复合材料。通过制备含CB纳米填料复合材料的聚二甲基硅氧烷( PDMS )聚合物，利用激光位移传感器记录了其在红外光源照射下的光机械驱动。粒径分析揭示了CB的粒径大小，并用动态光散射法进行了验证。UV-vis-IR分光光度计研究表明，与普通聚合物相比，纳米复合材料的光吸收能力有所提高。与普通PDMS相比，PDMS / CB纳米复合梁表现出明显的变形。对给定的红外源，观测到10 ~ 11   mm量级的形变。变形具有良好的重复性，但在循环驱动和去驱动时存在一定的热滞性。

受可穿戴传感器的启发，为满足快速无损检测的需求，我们研制了一种智能植物可穿戴生物传感器，可用于作物表面有机磷农药的原位分析。采用激光诱导石墨烯( LIG )技术制备了蛇纹石三电极体系。经聚二甲基硅氧烷( PDMS )转移后，得到了可伸展、柔性的LIG基电极，能够很好地适应叶片、水果等不规则作物表面。经有机磷水解酶( OPH )修饰，并配有生物相容性的半固体电解质后，我们的植物可穿戴生物传感器可以选择性地捕获和识别甲基对硫磷，数据可无线传输到智能手机装置上，使农产品表面农药的实时、原位电化学分析成为可能。为进一步提高电化学性能，在三维多孔LIG表面修饰金纳米粒子( AuNPs )，这种智能植物可穿戴生物传感器可作为农作物农药残留原位分析的一种转化途径，也可促进未来精准农业的发展。

将标准聚二甲基硅氧烷( PDMS )与低黏度组分(端羟基PDMS )共混，并与脱氧核糖核酸( DNA )链修饰的石墨烯纳米片( GNP )填料复合，制备了具有不同弹性性能的新型有机硅基纳米复合材料。采用Kissinger法和Ozawa-Flynn- Wall和Kissinger-Akahira- Sunose两种无模型等转化率方法测定了聚合反应的活化能。结果表明，采用等转化率方法可以描述固化行为的复杂趋势，对于含有标准PDMS基体的纳米复合材料，其活化能较低。同时也证明了石墨烯的DNA修饰对固化行为的作用。GNP-DNA填料的存在有利于纳米复合材料与PDMS基体的固化反应。PDMS / PDMS-OH共混物生成了硬度更软、弹性模量更低的纳米复合材料，可以通过改变填料的用量来调节。

摘要\n受可穿戴传感器的启发，为满足快速无损检测的需求，我们研制了一种智能植物可穿戴生物传感器，可用于作物表面有机磷农药的原位分析。采用激光诱导石墨烯( LIG )技术制备了蛇纹石三电极体系。经聚二甲基硅氧烷( PDMS )转移后，得到了可伸展、柔性的LIG基电极，能够很好地适应叶片、水果等不规则作物表面。经有机磷水解酶( OPH )修饰，并配有生物相容性的半固体电解质后，我们的植物可穿戴生物传感器可以选择性地捕获和识别甲基对硫磷，数据可无线传输到智能手机装置上，使农产品表面农药的实时、原位电化学分析成为可能。为进一步提高电化学性能，在三维多孔LIG表面修饰金纳米粒子( AuNPs )，这种智能植物可穿戴生物传感器可作为农作物农药残留原位分析的一种转化途径，也可促进未来精准农业的发展。

在动物体内发现的流动感受器通常具有柔软细长的结构(如鱼类神经瘤、昆虫毛发、哺乳动物体视纤毛束等)，能够响应周围微小的流动扰动，提高动物对猎物和/或捕食者的警惕性。然而，模拟其生物对应的材料特性(如低弹性模量)和几何结构(如大展弦比结构)的仿生流动传感器的制备仍然是一个挑战。本工作借鉴自然界中发现的机械感应式流动传感原理，发展了一种简便、低成本的制备大展弦比( HAR )悬臂梁式流动传感器的方法。提出的工作流程包括高分辨率3D打印制作主模，复制件成型制作HAR聚二甲基硅氧烷( PDMS )悬臂梁(厚度0.5 ~ 1 mm，宽度3 mm，长宽比20 )，微流控通道( 150 µ m宽×90 µ m深)压印，最后将石墨烯纳米片墨水滴注到微流控通道中，在悬臂梁固定端附近制作压阻式应变片。压阻式流量传感器在风洞内受控气流( 0 ~ 9 m / s )中进行测试，其灵敏度高达5.8 kΩ / ms-1，滞后性低(全尺寸偏转的11 % )，重复性好。传感器输出对气流速度呈现二阶依赖性，与解析和有限元模型预测吻合较好。此外，该传感器还采用振荡偶极子在水箱内进行激励，在15 Hz的激励频率下，能够感知16 - 30 µ m / s的振荡流速。本工作提出的方法可以方便快速地成型柔性HAR结构，这些结构可以作为功能仿生流动传感器和/或物理模型应用于解释生物现象。

以糖立方体为模板，在模具转移法制备PDMS海绵骨架表面嵌入少量石墨烯，报道了一种制备疏水、机械牢固的石墨烯/ PDMS海绵的简便方法。孔结构被完全转移，表面嵌入石墨烯导致骨架表面形成层状结构。此外，与PDMS海绵相比，石墨烯表面包埋后的中值孔径和孔隙率略有减小，总孔面积增加了10 %。石墨烯/ PDMS海绵在最大应变80 %下循环100次后完全回复到原来的尺寸。石墨烯/ PDMS海绵达到80 %应变只需要0.4   MPa的应力，是PDMS海绵达到80 %应变所需应力的一半。表面包埋石墨烯显著提高了PDMS海绵的弹性和耐久性，通过掺入无机纳米材料解决了机械压缩性和鲁棒性之间的‘折衷’效应。所制备的石墨烯/ PDMS海绵具有高度疏水性和水下超疏油性，能够在3.3   s内快速吸收水下的油脂，而PDMS海绵在10   s左右吸收等量的油脂。石墨烯/ PDMS海绵经过15次吸附-脱附循环后表现出相对稳定的吸油能力，并通过配备泵长期连续集油性能。研究结果可促进表面包埋法制备具有机械强度和弹性的油水分离海绵。

我们前期开发了钙钛矿/石墨烯太阳能电池，提高了电池的长期稳定性。本研究通过改变石墨烯层数，研究了层数对太阳能电池特性的影响，并进一步确定了最佳的石墨烯层数。研究表明，最外层钙钛矿层的损伤导致的界面复合以及石墨烯功函数变化导致的钙钛矿层的能带弯曲对电池的特性，尤其是短路电流有明显的影响。通过优化7层石墨烯钙钛矿层的形成条件，获得了高达9.4 %的转化效率。

激光诱导石墨烯( LIG )已经在木材、聚酰亚胺薄膜和DVD光盘等多种刚性和柔性衬底上得到了各种应用的演示。在这里，我们报告了用聚二甲基硅氧烷( PDMS )生产的LIG，这是一种商用的刻划激光。在PDMS中边缘加入木质素，可以在保持其可伸展性的同时，由这种木质素升级PDMS膜形成LIG。增加PDMS基体中的木质素浓度会导致更好的多层LIG。较低的激光跟踪速度也导致较高质量的多孔LIG结构。为了演示柔性电子的应用，LIG被部署为压力传感器。