基于氧化石墨烯的阻变存储器制备

阻变存储器是一种新型非易失性存储器,其在外加电场作用下可实现高阻态和低阻态之间的切换。存储器电极材料和活性层材料的选择及相互作用是实现器件阻变特性的主要因素。石墨烯是具有优良导电性和高延展性的二维材料,通过激光加工还原氧化石墨烯是高效获取石墨烯的极佳方法。传统存储器的制备过程复杂,不利于大规模加工制造。以金属金（Au）和还原氧化石墨烯（rGO）作为电极,氧化石墨烯（GO）作为阻变层进行器件制备,很好地实现了存储器的阻变功能。简单高效的制备方式为大规模、高集成化生产阻变存储器提供了参考。     

基于氧化石墨烯薄膜的菲涅耳透镜设计

二维材料具有高折射率和高透光率等优异光学特性,利用激光加工氧化石墨烯材料,会发生还原反应并生成具有类石墨烯材料特性的还原氧化石墨烯,这使得基于氧化石墨烯材料设计菲涅耳透镜成为可能。相较于传统的光学透镜及微型光学透镜,这一设计将透镜的尺寸从厘米级缩减到纳米级。针对工作波长532 nm设计了基于氧化石墨烯薄膜的菲涅耳透镜,通过瑞利–索末菲衍射理论及电磁场数值仿真测试了菲涅耳透镜的聚焦效果,并且通过滴铸法制备了氧化石墨烯薄膜（约500 nm）,在薄膜上用激光加工菲涅耳透镜,最终得到透镜聚焦光斑直径2.14 μm,聚焦效率41.2%。相比旋涂法制备氧化石墨烯薄膜,滴铸法制备氧化石墨烯具有效率高、价格低廉的优点。该设计为纳米级的基于氧化石墨烯的光学系统的集成化和大规模生产提供了可能。     

纳微结构Cu/氧化石墨烯的制备及摩擦学性能研究

以Cu SO4与氧化石墨烯为原料利用原位还原技术制得纳微米结构铜/氧化石墨烯复合微粒。利用透射电镜(TEM)、场发射扫描电镜(FESEM)和X射线衍射(XRD)对Cu/氧化石墨烯复合微粒进行表征。将复合微粒修饰并添加到液体石蜡中,利用四球摩擦磨损试验机考察其摩擦学性能。结果表明,利用原位还原技术制备的纳微米结构的Cu/氧化石墨烯复合微粒中铜的粒径在100 nm之内;在392 N、1 450 r/min、30 min实验条件下,质量分数2.0%的复合微粒可使液体石蜡的摩擦因数下降33%,质量分数0.5%的复合微粒可使钢球磨斑直径下降25%。     

采用自组装技术修饰电极的电化学微型免疫传感器

采用微机电系统(MEMS)技术制备出电化学微型电极芯片,并运用自组装技术修饰微型电极表面用于抗体的固定化,研制出新型的电化学微型免疫微传感器.采用MEMS技术,在硅片上制备了分别以Au、Pt、Pt为电极材料的工作电极、对电极以及准参比电极的微型三电极系统.采用自组装技术,以"Au-巯基乙胺-A蛋白"作为抗体的定向固定程序.与在平面裸电极Au表面上固定生物分子的传统方法相比,基于自组装技术的巯基乙胺修饰工作电极Au表面具有更高的生物亲和性,并且能够提高A蛋白在Au表面的固定量,从而在很大程度上提高了抗体的结合能力.研究表明,这种电化学微型免疫传感器具有检测灵敏度较高、响应快、试剂用量少、与集成电路工艺相兼容等优点.     

氧化石墨烯薄膜电阻式湿度传感器研究

为研制一种高灵敏、快响应的湿度传感器,选用单层氧化石墨烯分散液为原料,将其滴涂于μm级宽度的电极沟道上,自然干燥成膜后,制得了基于氧化石墨烯薄膜的电阻式湿度传感器。研究了单层氧化石墨烯分散液浓度、电极沟道宽度这2个关键参数对传感器性能的影响规律并得出最优参数。最优传感器的响应时间和恢复时间都达到0.3 s左右,灵敏度最高达399%,相对湿度检测范围为5%～90%。使用最优传感器演示了对人体呼吸的监测和对人体手指的非接触式响应。     

平面电极型MEMS电化学地震传感器

针对传统电化学地震传感器的加工工艺成本高、一致性差等问题,设计了一种新的平面电极型微机电系统(MEMS)电化学地震传感器结构。建立了平面电极型MEMS电化学地震传感器的计算模型,通过Comsol多场耦合数值模拟分析方法,对影响传感器的结构参数如:电极宽度、电极间距、流道高度等进行了计算和优化。采用MEMS表面工艺和准LIGA工艺,制备了平面电极型MEMS电化学地震传感器。最后,与采用传统方法精密加工的MET2003器件进行了频率响应和微震动的对比测试。实验结果表明:与MET2003器件相比,平面电极型MEMS电化学地震传感器的带宽从1Hz扩展到了30Hz,两种器件的采集结果具有很好的相关性和一致性,相关系数为0.887,在1Hz处的噪声低于120dB。     

基于氧化石墨修饰长周期光纤光栅的传感特性

提出一种基于氧化石墨烯(GO)修饰的长周期光纤光栅(LPFG)传感器。利用氢氧化钠溶液对LPFG表面进行羟基化处理,采用氢键结合的方式使GO固定在光栅表面,形成基于GO修饰的LPFG传感器。实验研究了GO-LPFG对外部折射率及温度的响应特性,结果表明：该GO-LPFG的平均折射率灵敏度较未涂覆GO的LPFG提高1.09倍,温度灵敏度略有降低。随着光栅直径的减小,GO-LPFG的平均折射率灵敏度进一步提高。当光栅直径为108μm时,在折射率1.333~1.448内的平均波长和耦合强度折射率灵敏度分别约为38.99nm/RIU和57.33dB/RIU,与未采用GO修饰直径为108μm的LPFG及直径为125μm的GO-LPFG相比,其平均波长和耦合强度折射率灵敏度分别提高1.45,2.17,3.80和3.42倍。该GO-LPFG传感器在各种大分子量的病毒抗原蛋白、生物病菌等生物检测领域具有潜在的应用价值。     

少层氧化石墨烯材料的理化性能表征分析

氧化石墨烯材料具有优异的物理化学性质,在能源、环境、生物医药和传感器等众多领域具有广泛应用。氧化石墨烯材料表面具有丰富的电负性官能团,能够与活性组分通过化学耦合作用进行负载和分散,可有效提高复合材料的性能,被认为是理想的载体材料。国家标准定义少层石墨烯材料是3到10个完整的石墨烯层堆垛构成的二维材料。目前很少有文献系统报道少层氧化石墨烯材料的关键理化性能参数的表征分析。本研究基于超声辅助Hummers法制备了高质量少层氧化石墨烯材料,并依据先进表征技术测量分析了少层氧化石墨烯的物相组成、微观结构、厚度/层数、表面官能团、结构缺陷等关键理化性能参数,为氧化石墨烯材料的检测分析及下游粉体复合材料的应用研究提供了重要参考。     

功能化氧化石墨烯-酞菁复合物的润滑特性*

以无金属酞菁复配胺边缘功能化氧化石墨烯制备一种环境友好型润滑油添加剂,采用SEM、FTIR、Raman、TGA验证其结构。采用UV-Vis考察其在偏苯三酸酯TM320基础油中的分散性,发现胺边缘功能化氧化石墨烯-酞菁复合物分散稳定性好。利用四球摩擦磨损试验机MS-10A评价其在偏苯三酸酯TM320基础油中的润滑特性,结果发现其具有优异的减摩抗磨性能,摩擦因数和磨斑直径分别较纯基础油下降了25.3%和24.1%。通过XANES和SEM-EDS分析发现,摩擦表面的摩擦膜由功能化氧化石墨烯-酞菁复合物组成,表明可能是酞菁的强配位空穴和胺边缘功能化氧化石墨烯的强吸附协同增效,使其在摩擦过程中能在摩擦副表面快速形成有效的界面润滑膜。     

蓖麻油基含氧化石墨烯润滑脂的制备及其性能研究

以蓖麻油为基础油,以一水氢氧化锂、12-羟基硬脂酸和癸二酸为稠化剂原料,氧化石墨烯(GO)为添加剂,制备3种含GO不同质量分数的混合锂基脂,分别利用锥入度试验器、钢网分油测试仪、滴点试验器、流变仪、热重分析仪、摩擦试验机和三维形貌仪考察其理化性能和润滑性能,探讨GO对蓖麻油基润滑脂的作用机制。结果表明:含GO混合锂基脂的黏度随剪切率和温度的增加均呈非线性减小的变化趋势,但随着剪切速率和温度的升高,GO对蓖麻油基润滑脂的黏度与剪切速率关系和黏温特性影响越来越小;微量的GO能够提高混合脂的热稳定性能;混合锂基脂的平均摩擦因数随GO质量分数的增加呈先减小后增大的变化趋势,适量的GO有助于提高蓖麻油基润滑脂的减摩抗磨性能,这是因为摩擦过程中GO以片层形式进入摩擦副的接触区,能够有效地降低摩擦副表面的直接接触概率,且GO具有自润滑性能,在摩擦副界面上发挥较为有效的润滑作用。     

氧化还原滴定法测定不锈钢中铬含量的探讨

铬元素是金属材料分析中最为常见的元素之一。论文采用氧化还原滴定法,以浓盐酸浓硝酸混合溶液溶解样本,以硝酸银为催化剂,在硫酸—磷酸介质中用过硫酸铵做氧化剂,将三价铬氧化为六价铬,并以硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定,从而对奥氏体不锈钢中的铬含量进行测定。经反复实验证明,实验结果与标样真实值吻合度极高。由此可见,该方法精确度高,操作简单,能够快速有效地达到实验目的。     

氧化石墨烯和纳米SiO2增强PTFE复合材料的摩擦磨损行为

为研究具有层状结构和球状结构的纳米填料之间的相互作用对聚四氟乙烯（PTFE）复合材料摩擦磨损行为的影响,采用冷冻干燥超声共混-冷压-热烧结法制备纳米二氧化硅（nano-SiO2）和氧化石墨烯（GO）填充改性PTFE复合材料。利用LSM-2R往复式摩擦磨损试验机测试干摩擦条件下nano-SiO2和GO复配改性PTFE复合材料的摩擦学性能,采用MicroXAM-800非接触式三维表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析表征转移膜形貌、元素分布和磨痕表面三维形貌,从微观层面揭示nano-SiO2和GO的减摩机制。结果表明：单独填充nano-SiO2与GO均可改善PTFE复合材料的摩擦学特性,其中在较低添加量下,GO在提高PTFE耐磨性方面明显优于nano-SiO2;GO和nano-SiO2复配填充时存在协同效应,与单一填充相比进一步改善了复合材料的摩擦学性能;相比于纯PTFE,3%nano-SiO2/0.5%GO/PTFE复合材料的磨损率降低60.36%。机制分析表明,协同作用和均匀连续转移膜的形成是nano-SiO2和GO增强PTFE复合材料性能优异的主要原因。     

水中溶解氧对低锡中铌锆合金氧化膜显微组织和电化学性能的影响

在含溶解氧（质量浓度分别为300,1 000μg·L-1）环境中对Zr-0.4Sn-0.7Nb-0.3Fe-0.1Cr-0.15Mo-0.12O新型低锡中铌锆合金进行了长达300 d的堆外高压釜腐蚀试验,研究了腐蚀过程中合金表面氧化膜微观结构的变化,并结合离位电化学检测表征了腐蚀后合金的电化学性能,分析了溶解氧对电化学性能的影响。结果表明：在含溶解氧环境中腐蚀时,合金表面氧化膜的厚度随时间呈线性增加,氧化膜内裂纹增多,氧化膜/基体界面起伏加剧;当溶解氧含量较高时,合金的腐蚀质量增加较大,表面氧化膜内裂纹较多。在含溶解氧环境中腐蚀130 d时,合金的自腐蚀电位和极化电阻最小,自腐蚀电流密度最大,其耐腐蚀性不仅与表面氧化膜厚度有关,还受氧化膜内缺陷影响;腐蚀300 d时,合金的阻抗谱呈多容抗弧特征,较高溶解氧含量下的容抗弧数量较多。     

三电极电化学传感器的恒电位仪设计

三电极电化学传感器在化学、生物和环境监测等领域的应用越来越广泛,为了充分发挥其性能,并实现测量仪器的便携性,选用AT89S8252单片机和A/D、D/A转换器等IC芯片,设计了一种用于传感器电流信号检测的便携式恒电位仪.该恒电位仪通过电压负反馈调节系统使电化学传感器的工作电压等于基准电压,并保持恒定.为检测仪器的性能,用一个电路模型等效三电极电化学传感器进行了测试,实验结果表明该恒电位仪具有很好的精度.     

活化部分凝血活酶时间检测石墨烯传感器的研制

石墨烯(Graphene,GR)作为一种革命性的材料具有优异的理化特性,其优异的导电性对凝血电化学传感器的研制极其重要。目前大型凝血检测仪器操作复杂、耗时较长,且对活化部分凝血活酶时间(APTT)指标的POCT检测较少。针对这一现状,设计制作一种可以用于APTT指标检测,基于丝网印刷技术的GR改性增强型电化学传感器十分必要。通过凝血酶切割凝血酶底物实验验证计时电流法检测活化部分凝血活酶时间原理的可行性,测量血浆活化部分凝血活酶时间参数,同时使用SYSMEX CS 5100光学凝血仪验证测量结果。实验表明,丝网印刷GR改性电极具有良好的一致性,其阻抗测试变异系数为2.71%。凝血酶实验中,GR改性电化学传感器检测的电流响应强度较改性前的电化学传感器增加了16±1%,重复出峰时间和峰值电流变异系数分别为3.29%和3.13%。选取3组血样APTT值,能够清晰地显示出区分度,且每组APTT重复实验的出峰时间变异系数分别为3.20%,3.25%和2.84%,实验结果与医院的临床结果线性拟合决定系数R~2为0.978。GR改性增强型电化学传感器在APTT测试中显示出了较好地重复性,具有在多种场合下进行即时检测的潜力。     

油溶性氧化石墨烯的制备及在润滑油中的摩擦学性能

以长链脂肪族十八烷基胺(ODA)为改性剂,对氧化石墨烯(GO)进行表面化学修饰得到改性氧化石墨烯(GO-ODA)。考察GO-ODA作为CD/10W-40润滑油添加剂的分散稳定性,采用红外光谱、X射线衍射谱、扫描电镜和X射线光电子能谱等手段对GO-ODA的结构和形貌进行表征,采用四球摩擦试验机对GO-ODA在CD/10W-40润滑油中的摩擦学性能进行测试。结果表明:通过酰胺化反应可以在GO表面成功接枝ODA,改性后GO在润滑油中分散稳定性显著提高,静止30天没有任何沉淀。摩擦磨损测试发现,质量分数为0.01%的GO-ODA,可使CD/10W-40润滑油的摩擦因数下降16%左右,磨斑直径减小10%;GO-ODA的磨损机制主要表现为塑性变形、黏着磨损和磨粒磨损。     

限量供油条件下氧化石墨烯的润滑增效

为了研究在限量供油条件下氧化石墨烯（GO）对润滑增效的影响,利用球-盘点接触油膜润滑测量系统对PAO10(聚α-烯烃)和添加质量分数0.03% GO的PAO10 进行膜厚和摩擦因数研究,分析卷吸速度、供油量、滑滚比、载荷等对GO润滑性能的影响。结果表明：在供油量较少及低速工况下,加入GO后摩擦因数下降最明显,并且能在一定程度上缓解乏油状况;随着卷吸速度的增大,加入GO前后摩擦因数和膜厚差别减小;当卷吸速度一定时,随着滑滚比的增大,乏油宽度增大,乏油更严重;当滑滚比一定,加入GO后乏油程度得到一定程度的改善;GO的润滑增效随供油量的增加而变弱;随着滑滚比的增加,油膜受到的剪切应力增大,导致GO的润滑增效降低;相比于低载条件,在高载条件下GO的润滑增效更加明显。     

基于电化学分析的润滑油酸值和碱值测定

研究了基于电化学分析的润滑油酸值/碱值测定技术。基本原理是应用信号转换技术和特定化学反应将电化学分析不可测的润滑油酸值/碱值信息转换为电化学分析可测量,实现酸值/碱值的电化学分析。实验结果表明题示方法的测定结果与国家标准方法测定值有很好的一致性,是一种值得推广的快速测定技术。     

用于宫颈癌标志物检测的新型电化学传感器设计

为了提高宫颈癌标志物检测的准确率,提出并设计了一种基于生物共轭探针与DSN酶双向信号放大的比率型电化学生物传感器。利用捕获探针在传感器中植入DSN酶,通过循环释放miRNA,实现核酸标志物信号的放大;利用MB-DNA-AuNp生物共轭探针实现了MB信号的增强。实验结果表明,随着miRNA-21浓度的升高,Fc的电化学峰值电流降低,MB的电化学峰值电流显著增加,该型传感器对于核酸和蛋白质两种典型宫颈癌标志物的检测具有很高的灵敏度和精确度。