化学气相沉积制备石墨烯薄膜及其器件的生物传感性能

本项目拟以金属薄膜为衬底，利用化学气相沉积的方法实现大面积、高质量石墨烯薄膜的可控性生长，详细研究衬底材质、生长温度、生长压力、前驱体种类等实验参数对所得石墨烯结构及其器件电学性能的影响规律，探索可控制备高质量单层石墨烯薄膜的工艺参数；在优化石墨烯生长参数基础上，制备石墨烯场效应晶体管并对石墨烯进行表面修饰和化学改性，探索改变石墨烯带隙的有效方法，提高石墨烯场效应晶体管的电学性能；研究石墨烯晶体管对生物分子（如DNA、蛋白质、葡萄糖、各种细胞分泌物等）的电子识别和实时检测性能。

石墨烯是由单层碳原子构成的能带带隙为零的二维原子晶体，其独特的光电特性、大的比表面积及结构特性使其在场效应晶体管、透明导电薄膜、能源转换、生物传感等领域得到人们的广泛关注。本项目在研究化学气相沉积合成条件和功能化改性对石墨烯结构、性能及能带带隙影响的基础上，构建了不同结构的液体栅极石墨烯及石墨烯纳米带场效应晶体管并研究了其在纳米电子生物传感领域的应用性能，具体研究成果包括：（1）以乙醇为碳源，常压下化学气相沉积合成大尺寸、高质量石墨烯薄膜，研究了各种合成条件对石墨烯层数、结构和性能的影响；（2）构建单层和双层石墨烯场效应晶体管，研究了重氮盐改性对层数不同石墨烯场效应晶体管性能的影响规律；（3）以化学气相沉积合成大面积、石墨烯薄膜构建的液体栅极场效应晶体管实现了对DNA、葡萄糖、大肠杆菌的高灵敏、高选择性电子识别；（4）将石墨烯场效应晶体管与微流控技术相结合，石墨烯表面功能化后实现对微小隐孢子虫卵囊的选择性检测，检测灵敏度达到25个虫卵囊/ml；（5）采用化学剪切多壁碳纳米管的方法制备了高质量的石墨烯纳米带，构建了石墨烯纳米带网络场效应晶体管并实现了对ATP的高灵敏电子识别；（6）以泡沫镍为衬底，化学气相沉积合成了三维石墨烯泡沫，构建了一系列高性能的自支撑石墨烯电化学电极，分别实现了对葡萄糖、过氧化氢、多巴胺等的高灵敏电化学检测；并得到一系列碳基纳米复合材料研究了其超级电容器性能。在本项目资助下共发表标注基金号SCI收录论文26篇（影响因子大于5.0的17篇），出版专著一部（一个章节），另一部待出版，在申请发明专利6项授权1项，圆满完成了课题申请时的预期目标，且课题经费使用合理。