以高灵敏氧化石墨烯与铝微措电极阵列的合成为基础的分子传感器来检测水氟阴离子.docx

题目：以高灵敏氧化石墨烯与铝微措电极阵列的合成为基础的分子传感器来检测水氟阴离子摘要形成于p-Si上的高灵敏度与依赖度的石墨烯氧化物与铝微措电极，可以用来检测已经得到证实。通过光电技术可以探究在GO与离子上的强相互作用，以及氢键，含氧官能团间的离子传导（环氧基树脂（1-2乙醚），羟基，羰基（C=O）和羧基）。GO/Al (μ-IDEs)/p-Si传感器系统在探测0.1ppm浓度的溶液中GO的信号强度会有约82%的增长，而分别在1ppm,10ppm，100ppm，1000ppm的浓度下测得的GO信号强度增幅分别为220倍，415倍，500倍，305倍。显然，在低浓度的溶液（0.1-100）中，信号强度的提升是显著地。然而，在高浓度条件下（1000ppm），层间膨胀和和GO的扩展占据主导地位，从而导致了GO/Al (μ-IDEs)/p-Si传感器系统探测到的反馈信号的减弱。FT-IR（傅式变换红外线光谱分析仪）光谱表明，随着水氟离子浓度增加，GO的-OH，C-O-C，ClO的吸收峰均减小，这支持了在1000ppm浓度下反馈信号强度减弱的实验。GO/Al (μ-IDEs)/p-Si传感器有利于基于石墨烯的电子传感器。关键词：传感器，氧化石墨烯，无掩膜光刻技术，微措，电极，分子间作用介绍GO， r-GO（还原氧化石墨烯）与二维纳米材料被广泛地用于提升广泛流行的电子器件性能，并在不同学科领域形成许多新型的功能。其中最引人注目的特征有：高表面积-体积比，高载流子迁移率，极好的导热、导电性。GO中直接带隙可以被氧化过程所取代。因此，它的功能化衍生物作为一类有前景的候补产品，尤其在化学传感器方向的应用上。在基面嵌入了环氧基、羟基和在边缘嵌入了羰基和羧基的GO证实了基于GO的传感器应用在快速性和持久性之间的关联。探测或排查存在于自然饮水源，如从工业废水，药物，核电站获得的水中有毒的有机/无机污染物，由于这些污染物会对生态系统产生直接影响，因而引起了人们极大地关注。尤其是自然饮水中氟化污染物给人类和动物的健康以及全球可持续发展战略计划带来了严峻的挑战。尽管在高浓度时是有毒的，但它是人体不可获取的因子，并在人体中发挥着重要作用，世界卫生组织发布的自来水浓度标准在1.5mg/L。饮水中浓度是当前全球最严重的健康威胁之一。高浓度的摄入会导致不良的健康影响，如胃病，肾功能受损，牙和骨骼的氟中毒。最近，有文献发表了关于新型有机半导体共轭磺酰胺苯并噻吩和4-叔丁基二甲硅氧基-正丁基-萘酰亚胺的合成与特征。对水氟离子的探测是基于光学核磁共振法、色变法（从无色到黄色）以及紫外可见光谱吸收变化法。除此之外，离子选择电极与离子色谱法也被用来做研究。该文献中所使用的水氟离子探测技术就是基于核磁共振法，紫外可见光谱吸收变化法以及色谱分析法，这些方法有着灵敏度低、测量时间长、只能测量特定波长范围的缺点。灵敏度和可靠性的不足使得以上所讨论的技术很难得到全面的改进。因此，急需一种使用前沿传感材料高灵敏度，高可靠性，低成本的传感器来保证浓度符合世界卫生组织的健康标准。奈尔等人提出亚微米级别的GO薄膜对液体、蒸汽、气体流，包括氦气都有阻碍能力，但是对水分子有良好的渗透度。此外，Borini和Yao等人提出了基于GO与水分子之间相互作用的湿度传感器。在作者看来，这是第一篇介绍基于集成高灵敏度GO和Al-μ-IDEs的的文献报告。在这里使用简单的电导率，阻抗以及介电常量的变化来表现其电学特性，这些量是通过使用吉时利公司的4200SCS（半导体特征描述系统）测量出的。为了探究这些电学特征，我们使用两个电极作对比。其中一个电极作为实验组（维持在高电势），另一个作为对照组（维持在低电势）。这两个电极通过三轴电缆连接在SCS的源测量单元上；类似的方法也出现在文献[26]-[29]中。然而参考溶液的准备与标准化是分别进行的。在μ-IDEs中，基于MEMS（微电子机械系统）的化学传感器的灵敏度与可靠性在很大程度上取决于电极材料的属性，μ-IDE电极必须对底物有高粘附性，高熔点，中等导热性，在封装时能够进行引线接合，通过剥离技术成形（厚度），且应与CMOS工艺兼容。铝恰好拥有这种电极材料所需的属性。总之，铝在低温条件下被氧化形成，同时，由于在Al表面的可用活性位点产生的离子交换，它对于水氟离子的迁移有较高的灵敏度。在当前工作中，一个高灵敏度的GO/Al (μ-IDEs)/p-Si传感器系统由结合了μ-IDEs阵列的GO设计的水氟离子传感器应用组成，并基于以下两个重要特征进行制造：第一，由于分子间相互作用，水氟离子与GO的强相互作用形成了一种敏感性材料，这导致了电阻抗的变化。此外，GO的庞大表面积极大地提升了其表面的容纳量，从而拥有良好的敏感度和可靠性；第二，由于它有安全，简单和廉价的优点，因此才被