CN105658341B - 光可切换的石墨烯膜 - Google Patents

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Abstract

公开了石墨烯复合物。石墨烯复合物可以包括例如光可切换层、石墨烯层和基材。在一些实施例中，石墨烯复合物可以包括具有光可切换表面特性的石墨烯层。还公开了制作石墨烯复合物的方法。还公开了被配置为制作和使用所述复合物的设备和系统。

Description

光可切换的石墨烯膜
背景技术
除非在此处进行说明，否则该部分所描述的材料不是本申请权利要求的现有技术并且不因包含在该部分中而承认是现有技术。
固体表面的湿润性是包括膜和传感器在内的用于不同应用的材料的特性。疏水表面通常是绝缘的，并且因此是高度导电的表面，诸如石墨烯，趋于不是疏水的且缺乏湿润性。
发明概述
前面的概述仅仅是示例性的，而不意在以任何方式进行限制。除了上文所描述的示例性的方面、实施例和特征之外，通过参考附图以及下面的详细说明，另外的方面、实施例和特征将变得清晰可见。
在一些实施例中，提供了一种石墨烯复合物，包括：光可切换层，其配置成在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化；石墨烯层，其布置在光可切换层上；以及基材，其中光可切换层布置在基材与石墨烯层之间。
还提供了制作石墨烯复合物的方法，包括：提供基材；将光可切换层形成在基材上，所述光可切换层被配置为在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化；以及将石墨烯施加到所述光可切换层上。
一些实施例提供了一种方法，包括：提供石墨烯复合物，所述石墨烯复合物包括：光可切换层，其被配置为在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化；石墨烯层，其布置在光可切换层上；以及基材，其中光可切换层布置在基材与石墨烯层之间；将第一辐射施加到光可切换层上，用于使得光可切换层的至少一部分处于疏水状态；以及将第二辐射施加到光可切换层上，用于使得光可切换层的至少一部分处于亲水状态。
还提供了感测样品中的一种或多种分析物的方法，所述方法包括：提供石墨烯复合物，所述石墨烯复合物包括：光可切换层，其被配置为在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化；石墨烯层，其布置在光可切换层上；以及基材，其中光可切换层布置在基材与石墨烯层之间；将第一辐射施加到光可切换层上，用于使得光可切换层的至少一部分处于疏水状态；在光可切换层处于疏水状态的同时，使样品与石墨烯层接触；将第一电压施加到石墨烯层上，使得第一电流在石墨烯层中流动；以及在施加第一电压的同时，测量石墨烯层中的第一电流。
一些实施例提供了一种设备，包括：石墨烯复合物，所述石墨烯复合物包括：光可切换层，其配置为在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化；石墨烯层，其布置在光可切换层上；以及基材，其中光可切换层布置在基材与石墨烯层之间；第一光源，其被配置为将第一辐射施加到光可切换层上，用于使得光可切换层的至少一部分处于疏水状态；以及第二光源，其被配置为将第二辐射施加到光可切换层上，用于使得光可切换层的至少一部分处于亲水状态。
进一步提供了用于制作石墨烯复合物的系统，所述系统包括：控制器；光可切换层施加器，其经由所述控制器被配置为将光可切换层或其前体施加到基材上；以及石墨烯施加器，其经由所述控制器被配置为将石墨烯施加到光可切换层上。
附图说明
通过下面结合附图给出的详细说明和随附的权利要求，本公开的前述特征以及其它特征将变得更加清晰。应理解的是，这些附图仅描绘了依照本公开的多个实施例，因此，不应视为对本发明范围的限制，将通过利用附图结合附加的具体描述和细节对本公开进行说明。
图1A-B示出依照本公开的至少一些实施例的石墨烯复合物的示例。
图2是示出依照本公开的至少一些实施例的制作石墨烯复合物的方法的一个示例的流程图。
图3是示出依照本公开的至少一些实施例的被配置为控制一个或多个操作的系统的一个示例的框图。
图4A-B是示出依照本公开的至少一些实施例的可被配置为控制一个或多个操作的计算设备的一个示例的框图。
图5是示出依照本公开的至少一些实施例的使用石墨烯复合物的方法的一个示例的流程图。
图6是示出依照本公开的至少一些实施例的感测样品中的一种或多种分析物的方法的一个示例的流程图。
图7是示出依照本公开的至少一些实施例的可被配置为使用石墨烯复合物的设备的一个示例的框图。
发明详述
在下面的详细说明中，将参考附图，附图构成了详细说明的一部分。在附图中，除非上下文指出，否则相似的符号通常表示相似的部件。在详细说明、附图和权利要求中所描述的示例性实施例不意在限制。可以使用其它实施例，并且可以做出其它改变，而不偏离本文呈现的主题的精神或范围。如本文大致描述且如图中所图示的，本公开的各方面可以以各种不同配置被布置、替代、组合、分离和设计，所有这些都在本文中明确地构思出且构成本公开的一部分。
简言之，本文描述了石墨烯复合物。石墨烯复合物可以包括例如光可切换层、石墨烯层和基材。在一些实施例中，石墨烯复合物可以包括具有光可切换表面特性的石墨烯层。制作石墨烯复合物的方法被进一步公开。还公开了被配置为制作和使用该复合物的设备和系统。
如本文所使用的，“烷基”是指包括全饱和(无双键或三键)的烃族(hydrocarbongroup)的直的或分支的烃链。化合物的烷基可被指定为“C1-C4烷基”或类似指定物。仅通过示例的方式，“C1-C4烷基”可以指示在烷基链中存在一个至四个碳原子，例如烷基链可选自甲基，乙基，丙基，异丙基，正丁基，异丁基，仲丁基，和叔丁基。典型的烷基可以包括但绝不限于甲基，乙基，丙基，异丙基，丁基，异丁基，叔丁基，戊基，己基等。
如本文所使用的，“烷氧基”是指式-OR，其中R是如上定义的烷基。烷氧基的非限制列表可以包含甲氧基、乙氧基、正丙氧基(n-propoxy)、1-甲基乙氧基(异丙氧基)、正丁氧基(n-butoxy)、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基等。
如本文所使用的，“卤代烷基(haloalkyl)”是指其中一个或多个氢原子被卤素取代的烷基(例如，单卤代烷，对卤代烷和三卤代烷)。这类基团可包括但不限于：氯甲基(chloromethoxy)，氟甲基(fluoromethoxy)，二氟甲基(difluoromethoxy)，三氟甲基(trifluoromethoxy)，1-氯-2-氟甲基(1-chloro-2-fluoromethoxy)和2-氟异丁基(2-fluoroisobutoxy)。
如本文所使用的，“卤代烷氧基”是指其中一个或多个氢原子被卤素取代的烷氧基(例如，单卤代烷氧基，二卤代烷氧基和三卤代烷氧基)。这类基团可包括但不限于：氯甲氧基，氟甲氧基，二氟甲氧基，三氟甲氧基，1-氯-2-氟甲氧基和2-氟异丁氧基。
如本文所使用的，术语“C1-20-亚烷基(alkylene)”，单独地或者与另一基团相结合，是指通过从包含一至二十个碳原子的脂肪烃中去除两个氢原子而得到的二价烷基基团，其可任选地为非饱和的以包含一个或多个双键或三键，或者可以额外地可选地包含一个或多个每个均独立地选自N、O和S的杂原子(例如，一个、两个、三个或更多个杂原子)。亚烷基的示例可以包括但不限于-CH2-,-CH2CH2-,-CH2CH2CH2-,-CH2CH(Me)-,-(CH2)5-CH＝CH2-,-(CH2)3-O-(CH2)3-(CH2)2-NH-(CH2)4-,和-(CH2)3-O-CH2CH＝CH2-。
本文公开的一些实施例包括石墨烯复合物，其具有光可切换层、石墨烯层和基材。该复合物可以例如展现出光可切换湿润性。图1A示出了根据本公开的复合物的至少一些实施例的石墨烯复合物100的一个示例。光可切换层110可以布置在石墨烯层115与基材105之间。光可切换层110可以配置为在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化。基材105可以例如包括硅或二氧化硅。
石墨烯层115可以布置在光可切换层110上。石墨烯层115可以布置在光可切换层的5.0nm、4.0nm、3.0nm、2.5nm、2.0nm、或1.5nm内。石墨烯层115可以直接布置在光可切换层110上。
光可切换层110可以例如包括光致异构化合物，当规定波长的光施加到光致异构化合物上时，光致异构化合物会经过顺-反异构化。光致异构化合物可被配置为使得光可切换层110的表面在反式构造中可以为疏水的而在顺式构造中可以为亲水的(或者反之)。例如，许多偶氮苯化合物可用来形成光可切换层，通过施加诱发顺-反异构化的光，能够使得光可切换层的表面特性被调制。一般地，偶氮苯化合物能够在反式异构体中展现出疏水表面特性而在顺式异构体中展现出亲水表面特性。Ichimura,K.等人,“Light-Driven Motionof Liquids on a Photoresponsive Surface,”Nature,(2008),Vol.288,pp.1624-26公开了大环化合物，其包括在二氧化硅基材上形成光可切换单层的偶氮苯单元。可将紫外光和蓝光施加到光可切换层上以修改表面特性。包括偶氮苯化合物的光可切换层的其它非限制的示例公开于：(i)Lim,H.等人,“Photoreversibly Switchable SuperhydrophobicSurface with Erasable and Rewritable Pattern,”Journal of the AmericanChemical Society,(2006),Vol.128,pp.14458-59；(ii)欧洲专利公开No.EP0504419A1；和(iii)美国专利No.8,221,592中。
在一些实施例中，光可切换层110可以包括至少一种偶氮苯化合物。偶氮苯化合物可由式(I)来表示：
其中R1是疏水部分，R2是间隔基团，并且R3是偶联基团。在一些实施例中，疏水部分可以是烷基，卤代烷基，烷氧基，卤代烷氧基，或卤素。例如，疏水部分可以是三氟甲基。在一些实施例中，间隔基团可以是C1-20烯烃基。在一些实施例中，偶联基团可以是胺，羧酸，硫醇，或硅烷偶联基团。例如，在偶联之前，偶联基团可以是三甲氧基硅烷(trimethoxysilyl)。式(I)的偶氮苯化合物可利用标准技术来制备。例如，“PhotoreversiblySwitchable Superhydrophobic Surface with Erasable and Rewritable Pattern,”Journal of the American Chemical Society,(2006),Vol.128,S1-S8公开了用于7-[(三氟甲氧基苯偶氮)苯氧基]戊酸的合成工序，当与本公开结合时，其能够被修改以获得式(I)的化合物。
图1B示出了包括偶氮苯化合物的石墨烯复合物的一个示例。在光可切换层110中的偶氮苯化合物120可与基材105偶联，以使得当偶氮苯化合物120处于反式构造时，疏水基团三氟甲基朝向石墨烯层115延伸。当适当的辐射被施加到偶氮苯化合物120时，该化合物异构化成顺式构造，使得疏水基团背朝(未示出)石墨烯层115。通过调制疏水基团的位置，能够调制光可切换层110的表面特性。
式(I)的偶氮苯化合物可以例如将自组装单层形成在基材的表面上。作为具体的示例，式(I)的化合物上的偶联基团可以是与金基材键合以在单层中将偶氮苯化合物与基材偶联的硫醇(呈非偶联形式)。作为另一示例，式(I)的化合物上的偶联基团可以是硅烷偶联基团，诸如三甲氧基硅烷(trimethoxy silyl)或三乙酸基硅烷(triacetoxysilyl)(呈非偶联形式)，其与二氧化硅基材的表面偶联(例如，与其形成共价键)。作为又一示例，偶联基团可以是式(I)的化合物上的羧酸(呈非偶联形式)，其偶联至含胺的硅烷偶联剂，诸如3-氨丙基三甲氧基硅烷，其与二氧化硅基材的表面偶联。
在一些实施例中，光可切换层110可以包括聚合物，其中偶氮苯化合物与聚合物共轭。例如，Lee,H.等人,“Phototubable Temperature-Responsive Molecular BrushesPrepared by ATRP,”Macromolecules,(2006),Vol.39,pp.3914-20公开了能够并入各种丙烯酸脂聚合物中的4-甲基丙烯酰氧基偶氮苯(4-methacryloyloxyazobenzene)。作为另一示例，Jiang,W.等人,“Photo-switched wettability on an electrostatic self-assembly azobenzenemonolayer,”Chemical Communications,(2005),pp.3550-52公开了丙烯酸与偶氮苯之比约为1：1而能够展现出光可切换表面特性的聚{2-[4-苯基偶氮苯氧基]丙烯酸乙酯-共丙烯酸}(PPAPE)。聚合物可以具有例如至少约1000Da(道尔顿)、至少约10,000Da、或至少约100,000Da的重量平均分子量。在一些实施例中，光可切换层中的聚合物可以是静电纺纤维，其能够为光可切换层提供增加的表面积。在一些实施例中，聚合物可以是刷状共聚物。例如，含胺的偶氮苯衍生物可利用各种含异氰酸盐交联剂被移植到聚合物的侧链。
在一些实施例中，施加光可切换层110的基材105可以具有纳米级粗糙度。纳米级粗糙度可以提供增加的表面积，这会导致在形成光可切换层110时能够附接到基材105的更大数量的光致异构化合物，这又可以在光可切换层110从亲水状态切换到疏水状态时提供复合物的较大表面张力差，并且反之亦然(例如，当光致异构化合物在顺式异构体与反式异构体之间切换时)。在一些实施例中，纳米级粗糙度包括具有约20nm或更小的尺寸的特征。
在一些实施例中，通过提供包含纳米颗粒的基材105，可以获得纳米级粗糙度，在形成光可切换层110时光致异构化合物能够与纳米颗粒共轭。例如，基材105能够包含经由带负电的聚合物(例如，聚(烯丙胺盐酸盐))施加的二氧化硅纳米颗粒(例如，小于约50nm的直径)，以赋予纳米级粗糙度。偶氮苯化合物可以利用适合的硅烷偶联剂或硅烷偶联基团与二氧化硅纳米颗粒偶联。在一些实施例中，通过施加具有被移植到聚合物的偶氮苯单元的梳形聚合物，可以获得纳米级粗糙度。在一些实施例中，通过将静电纺聚合物纤维(例如，具有约2nm或更小的直径)施加到基材，可以获得纳米级粗糙度。偶氮苯单元可以被移植或偶联到聚合物纤维。
基材的表面粗糙度可以为至少约0.1nm，至少约0.2nm，至少约0.5nm，至少约1.0nm，至少约1.5nm，至少约2.0nm，或者至少约2.5nm。基材的表面粗糙度可以高达约1.0nm，高达约1.5nm，高达约2.0，高达约2.5nm，高达约3.0nm，高达约5.0nm，高达约7.5nm，高达约10.0nm。表面粗糙度可以是上述表面粗糙度值中的任意两个值之间的范围。
光可切换层110可以例如具有大于或等于约1nm、大于或等于约2nm、大于或等于约5nm、或者大于或等于约10nm的厚度。光可切换层110可以例如具有不大于约20nm、不大于约15nm、不大于约10nm、或不大于约5nm的厚度。在一些实施例中，光可切换层110可以具有在约1nm至约20nm的范围内或者在约2nm至约10nm的范围内的厚度。在一些实施例中，光可切换层110可以是自组装单层。
石墨烯层115可以具有不同的厚度。例如，厚度可以小于或等于约2nm，小于或等于约1.5nm，小于或等于约1.0nm，小于或等于约0.6nm，或者约0.3nm。石墨烯层的厚度可以是在由上述厚度值中的任意两个值提供的范围内的量。石墨烯层的厚度可以具有高达六个石墨烯片(例如，一个、两个、三个、四个、五个、或六个堆叠的石墨烯片)。在一些实施例中，石墨烯可以形成单层，使得厚度约为一个原子厚(例如，约0.3nm厚)。
石墨烯层115能够展现出不同的水接触角。在不局限于任何特定的理论的情况下，认为石墨烯的薄层(例如，约一原子厚)能够展现出紧接在石墨烯下的层的表面特性。换言之，石墨烯对影响表面特性的范德瓦尔斯相互作用可以是“透明的”。该现象已经描述于Rafiee,J.等人,“Wetting transparency of graphene,”Nature Materials,(2012),pp.1-6中。因此，石墨烯层115的水接触角可以根据光可切换层110的表面特性而变化，光可切换层110的表面特性又可以通过施加在光可切换层115中产生顺-反异构化的辐射来控制。在一些实施例中，当光可切换层110处于疏水状态(例如，式(I)的偶氮苯化合物处于反式构造)时，石墨烯层115能够展现出至少约80°的水接触角。在一些实施例中，当光可切换层110处于疏水状态时，石墨烯层115可以展现出至少约90°的水接触角。在一些实施例中，当光可切换层110处于疏水状态时，石墨烯层115可以展现出至少约100°的水接触角。在一些实施例中，当光可切换层110处于疏水状态时，石墨烯层115可以展现出至少约100°的水接触角。在一些实施例中，当光可切换层110处于疏水状态时，石墨烯层115可以展现出至少约110°的水接触角。在一些实施例中，当光可切换层110处于疏水状态时，石墨烯层115可以展现出至少约120°的水接触角。在一些实施例中，当光可切换层110处于疏水状态时，石墨烯层115可以展现出在任意两个上述水接触角的范围内的水接触角。
在一些实施例中，当光可切换层110处于亲水状态(例如，式(I)的偶氮苯化合物处于顺式构造)时，石墨烯层115可以展现出小于或等于60°的水接触角。在一些实施例中，当光可切换层110处于亲水状态时，石墨烯层115可以展现出小于或等于50°的水接触角。在一些实施例中，当光可切换层110处于亲水状态时，石墨烯层115可以展现出小于或等于40°的水接触角。在一些实施例中，当光可切换层110处于亲水状态时，石墨烯层115可以展现出小于或等于30°的水接触角。在一些实施例中，当光可切换层110处于亲水状态时，石墨烯层115可以展现出小于或等于20°的水接触角。在一些实施例中，当光可切换层110处于亲水状态时，石墨烯层115可以展现出小于或等于10°的水接触角。当光可切换层110处于亲水状态时，石墨烯层115可以展现出在任意两个上述水接触角的范围内的水接触角。
在一些实施例中，当光可切换层110从亲水状态(例如，式(I)的偶氮苯化合物处于顺式构造)切换到疏水状态(例如，式(I)的偶氮苯化合物处于反式构造)时，石墨烯层115可以展现出水接触角的变化。例如，当光可切换层处于疏水状态时，石墨烯层115可以展现出第一水接触角，并且当光可切换层处于亲水状态时，石墨烯层可以展现出第二水接触角，并且其中第一水接触角与第二水接触角之间的差在5°至150°的范围内。在一些实施例中，第一水接触角与第二水接触角之间的差为至少约5°，至少约10°，至少约15°，至少约20°，至少约25°，至少约30°，至少约35°，至少约40°，至少约45°，至少约50°，至少约55°，至少约60°，至少约65°，至少约70°，至少约75°，至少约80°，至少约85°，至少约90°，至少约95°，至少约100°，至少约105°，至少约110°，至少约115°，至少约120°，至少约125°，至少约130°，至少约135°，至少约140°，至少约145°，或者在第一水接触角与第二水接触角之间的上述两个差中的任意差之间的范围。
本文公开的一些实施例包括制作石墨烯复合物的方法。在一些实施例中，该方法可用于制备在本申请中公开的任意石墨烯复合物(例如，如图1所描绘的石墨烯复合物100)。图2是示出根据本公开的至少一些实施例的制作石墨烯复合物的方法的一个示例的流程图。如图2所示，方法200可以包括如框210-230中的一个或多个所示的一个或多个功能、操作或动作。
方法200的处理可以开始于框210，“提供基材”。框210之后可以是框220，“将光可切换层形成在基材上”。框220之后可以是框230，“将石墨烯施加到光可切换层”。
在图2中，框210-230被图示为顺序地执行，其中首先执行框210中的操作，并最后执行框230中的操作。这些操作可以被重排序、组合和/或划分成额外的或不同的操作以适应特定的实施例。在一些实施例中，可以添加额外的操作。在一些实施例中，一个或多个操作可以几乎同时执行。
在框210中，“提供基材”可以包括提供用于在其上形成光可切换层的合适的基材。基材可以例如是金属(例如，金)、陶瓷(例如，二氧化硅)或聚合物(例如，聚烯烃，丙烯酸类，聚酯和类似物)。可以基于用于形成光可切换层的化学过程来选择基材。例如，对于包括硅烷偶联基团的自组装单层，基材可以包括具有能够与硅烷偶联基团反应的羟基的材料(例如，二氧化硅)。作为另一示例，对于包括硫醇基的自组装单层，基材可以包括与硫醇反应的贵金属(例如，金)。
在一些实施例中，基材可以包括被施加到具有带负电的聚合物的基材上的带负电的聚合物和二氧化硅纳米颗粒。在一些实施例中，带负电的聚合物可以是聚(烯丙胺盐酸盐)。纳米颗粒和聚合物的混合物可以提供光可切换层的纳米级粗糙度。
在框220中，“将光可切换层形成在基材上”，可形成光可切换层以便被配置为在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化。在框220处的操作可以例如包括将聚合物施加到基材上。取决于特定的光可切换化合物，可使用各种技术来形成光可切换层。
在一些实施例中，偶氮苯化合物能够与聚合物共轭且被施加到分散在溶剂中的基材上。溶剂可以被去除(例如，通过加热或真空)以产生光可切换层。在一些实施例中，聚合物可以在施加到基材上之前被形成为分散到溶剂中的静电纺纳米纤维。在一些实施例中，偶氮苯化合物可以包括能够利用化学吸附技术与基材反应的偶联基团(例如，硅烷偶联基团或硫醇)。
在一些实施例中，偶氮苯化合物能够与基材偶联，其中偶氮苯化合物包括硅烷偶联剂。在一些实施例中，含胺的硅烷偶联剂(例如，3-氨丙基三甲氧基硅烷)能够与基材的表面偶联，并且然后含羧酸的偶氮苯化合物能够与含胺的硅烷偶联剂反应。
在框230中，“将石墨烯施加到光可切换层”可以包括将混合物施加到光可切换层。在一些实施例中，混合物可以包括分散在溶剂中的石墨烯。混合物可通过例如浸涂，旋涂，辊涂，喷涂，气刀涂布，狭槽挤压式涂布，棒杆涂布，或其它技术来施加。在一些实施例中，利用借助热剥离带的干法转印，石墨烯能够被转印到光可切换层上。参见Gaskill,D.等人,“Technique for the Dry Transfer of Epitaxial Graphene onto ArbitrarySubstrate,”American Chemical Society Nano,(2010),Vol.4(2),pp.1108-1114。在一些实施例中，布置在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜上的石墨烯可以放置在光可切换层上且利用适合的溶剂来去除PMMA。参见Ruoff,R.等人,“Transfer of Large-Area Graphene Filmsfor high-Performance Transparent Conductive Electrodes,”Nano Letters,(2009),Vol.9(12),pp.4359-4363。
本文公开的一些实施例包括用于制作石墨烯复合物的系统。该系统可用于例如执行在本申请中公开的用于制作石墨烯复合物的任意方法(例如，如图2所描绘的方法200)。图3是示出根据本公开的至少一些实施例的可被配置为控制一个或多个操作的系统300的一个示例的框图。例如，用于执行图2的流程图的操作的装备可包含在系统300内。
系统300可以包括布置成与控制器或处理器360进行通信的处理设备或设施310。处理器或控制器360可以是与后面参考图4A-B所描述的处理器410相同或不同的控制器。在一些实施例中，处理设备或设施310可被适配为经由网络连接350与控制器360通信。网络连接350可以是无线连接或有线连接或者它们的某种组合。
在一些实施例中，控制器360可被适配为传送用于处理设备或设施310中的各系统或设备的操作指令，其可以包括例如一个或多个操作条件的控制。控制器360可以配置为监视或接收来自处理设备或设施310的信息并且使用该信息作为反馈来调节传送给处理设备或设施310的一个或多个操作指令。
在一些实施例中，操作条件可被呈现在监视器或显示器365上，并且用户可以与用户接口(未示出)交互以改编或调节处理的各方面。可呈现在监视器或显示器365上的处理的各方面的非限制示例可包括时间、温度、压力、石墨烯氧化物的浓度、光可切换化合物的类型等。监视器或显示器365可以是阴极射线管、诸如LED显示器或LCD显示器的平板屏幕、或任何其它显示设备的形式。用户接口可以包括键盘、鼠标、操纵杆、书写笔、触摸屏或诸如麦克风、视频照相机或其它用户输入设备的其它设备。
在一些实施例中，处理设备或设施310可以包括光可切换层施加器320和石墨烯施加器330中的一个或多个。在一些实施例中，可切换层施加器320可经由控制器360被配置为将光可切换层或其前体形成到基材(例如，如在图2所描绘的操作220中)。光可切换层施加器320可以包括浸涂器、旋涂器、辊涂器、棒杆涂布器、喷涂器、气刀涂布器或狭槽挤压式涂布器中的一个或多个。控制器360可配置为调节光可切换层施加器320以保持利于将光可切换层形成在基材上的条件。在一些实施例中，光可切换层施加器320可以与容纳一种或多种偶氮苯化合物的一个或多个储存器耦接。控制器360可配置为调节阀门以控制从一个或多个储存器输送到光可切换层施加器320中的聚合物的量和/或速率。
石墨烯施加器330可经由控制器360被配置为将石墨烯施加到光可切换层(例如，如在图2中所描绘的操作230中)。石墨烯施加器330可以包括浸涂器、旋涂器、辊涂器、棒杆涂布器、喷涂器、气刀涂布器、狭槽挤压式涂布器或其它设备中的一个或多个。控制器360可配置为调节石墨烯施加器330以保持利于将石墨烯施加到光可切换层的条件，并且在一些实施例中，使得石墨烯层可以具有形成在光可切换层上的约2nm或更小的厚度。在一些实施例中，石墨烯施加器330可以与容纳分散在溶剂中的石墨烯的储存器流体耦接。控制器360可配置为调节阀门以控制从储存器输送到石墨烯施加器330中的材料的量和/或速率。在一些实施例中，石墨烯施加器330可以经由阀门与光可切换层施加器320流体耦接。控制器360可配置为调节阀门以控制从光可切换层施加器320输送到石墨烯施加器330中的光可切换层的量和/或速率。
图4A-B是示出根据本公开的至少一些实施例的可配置为控制一个或多个操作的计算设备400的一个示例的框图。例如，图2的流程图的操作可以通过计算设备400来执行和/或控制。在最基本的配置中，计算设备400典型地包括一个或多个控制器或处理器410以及系统存储器420。存储器总线430可用于处理器410与系统存储器420之间的通信。
根据所需的配置，处理器410可以是任意类型，包括但不限于微处理器(μP)、微控制器(μC)、数字信号处理器(DSP)或其任意组合。处理器410可以包括诸如级别1高速缓存411和级别2高速缓存412的一级或多级高速缓存、处理器核413和寄存器414。处理器核413可以包括算术逻辑单元(ALU)、浮点单元(FPU)、数字信号处理核(DSP核)或其任意组合。存储器控制器415还能够与处理器410一起使用，或者在一些实现方式中，存储器控制器415可以是处理器410的内部部件。
取决于所需的配置，系统存储器420可以是任意类型，包括但不限于易失性存储器(诸如RAM)、非易失性存储器(诸如ROM、闪存等)或其任意组合。系统存储器420典型地包括操作系统421、一个或多个应用422以及程序数据428。如图4B中所示，应用422可以包括例如在应用423中“将光可切换层形成在基材上”的计算机可执行指令以及在应用424中的“将石墨烯施加到光可切换层”的计算机可执行指令。这些应用/指令可分别对应于操作220和操作230，如图2中所描绘的。返回图4A，程序数据428可以包括例如可由应用423和424中的一个或多个使用的生产数据和/或操作条件数据429。
计算设备400可以具有附加的特征或功能以及附加的接口以便于基本配置401与任何所需的设备和接口之间的通信。例如，总线/接口控制器440可用于便利基本配置401与一个或多个数据存储设备450之间经由存储接口总线441的通信。数据存储设备450可以是可移除存储设备451、非可移除存储设备452或者它们的组合。可移除存储设备和非可移除存储设备的示例包括诸如软盘驱动器和硬盘驱动器(HDD)的磁盘设备、诸如压缩盘(CD)驱动器或数字多功能盘(DVD)驱动器的光盘驱动器、固态驱动器(SSD)和磁带驱动器，仅列举了几个。示例的计算机存储介质可以包括以用于诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息的存储的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和非可移除的介质。
系统存储器420、可移除存储设备451和非可移除存储设备452是计算机存储介质的所有示例。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光学存储设备、磁盒、磁带、磁盘存储设备或其它磁存储设备、或者可用于存储所需信息并且可被计算设备400访问的任何其它介质。任意这样的计算机存储介质可以是设备400的部件。
计算设备400还可以包括接口总线442，该接口总线用于方便从各接口设备(例如，输出接口、外围设备接口和通信接口)经由总线/接口控制器440到基本配置401的通信。示例的输出设备460包括图形处理单元461和音频处理单元462，其可配置为经由一个或多个A/V端口463与诸如显示器或扬声器的各外部设备通信。示例的外围设备接口470包括串行接口控制器471或并行接口控制器472，其可配置为经由一个或多个I/O端口473与诸如输入设备(例如，键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备等)或其它外围设备(例如，打印机、扫描仪等)的外部设备通信。例如，在一些实施例中，光可切换层施加器465和石墨烯施加器466(它们可以分别与图3所描绘的光可切换层施加器320和石墨烯施加器330相似或相同)可以任选地经由I/O端口连接且用于将纳米结构沉积在基材上。示例的通信设备480包括网络控制器481，其可布置成便于经由一个或多个通信端口482通过网络通信与一个或多个其它计算设备490的通信。
通信连接是通信介质的一个示例。通信介质通常可通过计算机可读指令、数据结构、程序模块或诸如载波或其它传输机制的调制数据信号中的其它数据来具体化，并且包括任何信息输送介质。“调制数据信号”可以是使得其特性中的一个或多个以将信息编码在信号中的方式设定或改变的信号。通过举例而不是限制的方式，通信介质可以包括诸如有线网络或直接线连接的有线介质，以及诸如声波、射频(RF)、红外(IR)和其它无线介质的无线介质。
本文公开的一些实施例包括使用石墨烯复合物的方法。图5是示出根据本公开的至少一些实施例的制作石墨烯复合物的方法的一个示例的流程图。如图5所示，方法500可以包括如框510-530中的一个或多个图示的一个或多个功能、操作或动作。
方法500的处理可开始于框510，“提供石墨烯复合物”。框510之后可以是框520，“将第一辐射施加到光可切换层，用于使得光可切换层的至少一部分处于疏水状态”。在一些实施例中，整个光可切换层在框520后处于疏水状态。框520之后可以是框530，“将第二辐射施加到光可切换层，用于使得光可切换层的至少一部分处于亲水状态”。在一些实施例中，整个光可切换层在框530后处于亲水状态。
在图5中，框510-530被图示为顺序地执行，其中首先执行框510中的操作，并且最后执行框530中的操作。这些操作可以被重排序、组合和/或划分成额外的或不同的操作以适应特定的实施例。在一些实施例中，可以添加额外的操作。在一些实施例中，操作中的一个或多个可以几乎同时执行。在一些实施例中，框520可以在框530后执行。
在框510中，“提供石墨烯复合物”，可提供如下这样的石墨烯复合物，其具有光可切换层，该光可切换层可配置为在疏水状态与亲水状态之间可逆地改变。光可切换层可以布置在基材与石墨烯层之间，其中石墨烯层直接布置在光可切换层上。石墨烯复合物可以例如是本申请中公开的石墨烯复合物中的任一种(例如，如图1所描绘的石墨烯复合物100)。在一些实施例中，光可切换层可以具有纳米级粗糙度。在一些实施例中，光可切换层可以包括至少一种偶氮苯化合物(例如，式(I)的偶氮苯化合物)。在一些实施例中，石墨烯层可以具有小于或等于约2nm的厚度。在一些实施例中，石墨烯层沿其厚度可以包括不多于六个的石墨烯片。
在框520中，“将第一辐射施加到光可切换层，用于使得光可切换层的至少一部分处于疏水状态”，第一辐射可被施加而使得石墨烯层展现出疏水状态。在一些实施例中，第一辐射可以是可见光(例如，约400nm至约700nm的峰值发射波长)。如上所论述的，第一辐射可以促成偶氮苯化合物的反式构造，其导致光可切换层的疏水表面特性。布置在光可切换层上的石墨烯层可以因此也展现出疏水特性。
在一些实施例中，第一辐射可被施加到光可切换层，使得石墨烯层具有至少约80°的水接触角。在一些实施例中，第一辐射可被施加到光可切换层，使得石墨烯层具有至少约90°的水接触角。在一些实施例中，第一辐射可被施加到光可切换层，使得石墨烯层具有至少约100°的水接触角。在一些实施例中，第一辐射可被施加到光可切换层，使得石墨烯层具有至少约110°的水接触角。
在一些实施例中，施加第一辐射导致石墨烯层的水接触角的变化。例如，施加第一辐射可以导致石墨烯层的水接触角的5°到150°的变化。在一些实施例中，水接触角的变化是至少约5°、至少约10°、至少约15°、至少约20°、至少约25°、至少约30°、至少约35°、至少约40°、至少约45°、至少约50°、至少约55°、至少约60°、至少约65°、至少约70°、至少约75°、至少约80°、至少约85°、至少约90°、至少约95°、至少约100°、至少约105°、至少约110°、至少约115°、至少约120°、至少约125°、至少约130°、至少约135°、至少约140°、至少约145°、或在上述任意两个值之间的范围。
在框530中，“将第二辐射施加到光可切换层，用于使得光可切换层的至少一部分处于亲水状态”，第二辐射可被施加而使得石墨烯层展现出亲水状态。在一些实施例中，第二辐射可以是紫外光(例如，大约400nm或更小的峰值发射波长)。在一些实施例中，第一辐射具有大于第二辐射的峰值发射波长的峰值发射波长。例如，第一辐射的峰值发射波长比第二辐射的峰值发射波长大至少约50nm。如上所述，第二辐射可以导致偶氮苯化合物的顺式构造，其导致光可切换层的亲水表面特性。布置在光可切换层上的石墨烯层可以因此也展现出亲水特性。
在一些实施例中，第二辐射可被施加到光可切换层，使得石墨烯层具有不大于约60°的水接触角。在一些实施例中，第二辐射可被施加到光可切换层，使得石墨烯层具有不大于约50°的水接触角。在一些实施例中，第二辐射可被施加到光可切换层，使得石墨烯层具有不大于约40°的水接触角。在一些实施例中，第二辐射可被施加到光可切换层，使得石墨烯层具有不大于约30°的水接触角。在一些实施例中，第二辐射可被施加到光可切换层，使得石墨烯层具有不大于约20°的水接触角。
在一些实施例中，施加第二辐射导致石墨烯层的水接触角的变化。例如，施加第二辐射可导致石墨烯层的水接触角的5°到150°的变化。在一些实施例中，水接触角的变化是至少约5°，至少约10°，至少约15°，至少约20°，至少约25°，至少约30°，至少约35°，至少约40°，至少约45°，至少约50°，至少约55°，至少约60°，至少约65°，至少约70°，至少约75°，至少约80°，至少约85°，至少约90°，至少约95°，至少约100°，至少约105°，至少约110°，至少约115°，至少约120°，至少约125°，至少约130°，至少约135°，至少约140°，至少约145°，或在上述任意两个值之间的范围。
本文所公开的一些实施例包括感测样品中的一种或多种分析物的方法。图6是示出依照本公开的至少一些实施例的感测样品中的一种或多种分析物的方法的一个示例的流程图。如图6所示，方法600可以包括如框610-680中的一个或多个所示的一个或多个功能、操作或动作。
方法600的处理可开始于框610，“提供石墨烯复合物”。框610之后可以是框620，“将第一辐射施加到光可切换层，用于使得光可切换层的至少一部分处于疏水状态”。在一些实施例中，在框620后整个光可切换层处于疏水状态。框620后可以是框630，“使样品与石墨烯层接触”。框630后可以是框640，“将第一电压施加到石墨烯层，使得第一电流在石墨烯层中流动”。框640后可以是框650，“在施加第一电压的同时测量石墨烯层中的第一电流”。框650后可以是框660，“将第二辐射施加到光可切换层，用于使得光可切换层的至少一部分处于亲水状态”。在一些实施例中，在框660后，整个光可切换层处于亲水状态。框660后可以是框670，“将第二电压施加到石墨烯层，使得第二电流在石墨烯层中流动”。框670后可以是框680，“在施加第二电压的同时测量石墨烯层中的第二电流”。
在图6中，框610-680被图示为顺序地执行，其中首先执行框610中的操作，并且最后执行框680中的操作。这些操作可以被重排序、组合和/或划分成额外的或不同的操作以适应特定的实施例。在一些实施例中，可以添加额外的操作。在一些实施例中，操作中的一个或多个可以几乎同时执行。
在框610中，“提供石墨烯复合物”，石墨烯复合物可以具有光可切换层，该光可切换层可被配置成在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化并且可布置在基材与石墨烯层之间，其中石墨烯层直接布置在光可切换层上。石墨烯复合物可以例如是本申请中公开的任意石墨烯复合物(例如，如图1所描绘的石墨烯复合物100)。在一些实施例中，光可切换层可以包括至少一种偶氮苯化合物。
在框620，“将第一辐射施加光可切换层，用于使得光可切换层的至少一部分处于疏水状态”，辐射可被施加以获得石墨烯层的疏水表面特性。一般地，框620可以具有如上文结合图5所描绘的框520进行描述的相同的特性。
在框630，“使样品与石墨烯层接触”，样品与石墨烯层相接触。样品可以是在其中可以感测出一种或多种分析物的任意流体(例如，气体或液体)。样品可以是例如空气或水的样品。使样品与石墨烯层接触的方法不特别限制，并且可以包括例如将石墨烯层暴露于环境空气或者将石墨烯复合物置于含气体样品的密封容器中。样品可以在执行框620的操作之前、之后或期间与石墨烯层接触。
在框640，“将第一电压施加到石墨烯层，使得第一电流在石墨烯层中流动”，第一电压能够被施加以在石墨烯层中产生第一电流。可以利用与接触石墨烯层的电极片耦合的电压源来施加第一电压。
在框650，“在施加第一电压的同时测量石墨烯层中的第一电流”，能够确定石墨烯层中的第一电流。例如，可将电流表与石墨烯层耦合以确定第一电流。测得的第一电流可以任选地与样品中的一种或多种分析物的量相关联。例如，测得的第一电流可以随着分析物的量而增大，并且因此，查找表或经验等式(例如，线性回归，诸如多项式拟合)可被用于确定分析物的量。本文提供的方法可被应用于湿润性传感器会对其起作用的分析物。可与电流相关联的分析物的非限制示例包括芳族，核苷酸，农药，多环芳烃(PAH)，和金属离子。而且，也可使用作为区分对映体的传感器，诸如含手性分子(chrial molecule)(诸如L-双肽单元)的传感器。
在框660，“将第二辐射施加到光可切换层，用于使得光可切换层的至少一部分处于亲水状态”，辐射可被施加以获得石墨烯层的亲水表面特性。一般地，框660能够具有如上文关于图5中描绘的框530所描述的相同的特性。在一些实施例中，框660可以在框620之前执行。
在框670中，“将第二电压施加到石墨烯层，使得第二电流在石墨烯层中流动”，第二电压可被施加以在石墨烯层中产生第二电流。例如可利用与接触石墨烯层的电极片耦合的电压源来施加第二电压。第二电压可以与框640中施加的第一电压大体相同或不同。
在框680中，“在施加第二电压的同时测量石墨烯层中的第二电流”，可以确定石墨烯层中的第二电流。例如，电流表可与石墨烯层耦合以确定电流。测得的第二电流可以任选地与样品中的一种或多种分析物的量相关联。例如，测得的第二电流可随着分析物的量而增大，并且因此，查找表或经验等式(例如，线性回归)可被用来确定分析物的量。在一些实施例中，来自框650和框680的测量可被一起使用以与特定分析物的量相关联。在一些实施例中，来自框650和框680的测量可被单独地使用在不同分析物的关联中。
本文公开的一些实施例包括设备700，其包括：石墨烯复合物710；第一光源720，其被配置为将第一辐射施加到光可切换层，用于使得光可切换层的至少一部分处于疏水状态；以及第二光源730，其被配置为将第二辐射施加到光可切换层，用于使得光可切换层的至少一部分处于亲水状态。石墨烯复合物可以例如为在本申请中公开的任意石墨烯复合物(例如，如图1所描绘的石墨烯复合物100)。在一些实施例中，石墨烯复合物710可以包括：光可切换层，其被配置为在疏水状态与亲水状态之间可逆地改变；石墨烯层，其直接布置在光可切换层上；以及基材，其中光可切换层可以布置在基材与石墨烯层之间。
第一光源720可以例如被配置为将第一辐射施加到光可切换层，使得石墨烯层具有至少约80°的水接触角。在一些实施例中，第一光源720可以被配置为将第一辐射施加到光可切换层，使得石墨烯层具有至少约90°的水接触角。在一些实施例中，第一光源720可以被配置为将第一辐射施加到光可切换层，使得石墨烯层具有至少约100°的水接触角。在一些实施例中，第一光源720可以被配置为将第一辐射施加到光可切换层，使得石墨烯层具有至少约110°的水接触角。第一光源720可被配置为发射可见光(例如，在约400nm至约700nm的范围内的峰值发射波长)。
在一些实施例中，从第一光源720施加辐射导致石墨烯层的水接触角的变化。例如，从第一光源720施加辐射可以导致石墨烯层的水接触角的5°到150°的变化。在一些实施例中，水接触角的变化是至少约5°、至少约10°、至少约15°、至少约20°、至少约25°、至少约30°、至少约35°、至少约40°、至少约45°、至少约50°、至少约55°、至少约60°、至少约65°、至少约70°、至少约75°、至少约80°、至少约85°、至少约90°、至少约95°、至少约100°、至少约105°、至少约110°、至少约115°、至少约120°、至少约125°、至少约130°、至少约135°、至少约140°、至少约145°、或在上述任意两个值之间的范围。
第二光源730可以例如配置为将第二辐射施加到光可切换层，使得石墨烯层具有小于或等于约60°的水接触角。在一些实施例中，第二光源730可被配置为将第二辐射施加到光可切换层，使得石墨烯层具有小于或等于约50°的水接触角。在一些实施例中，第二光源730可被配置为将第二辐射施加到光可切换层，使得石墨烯层具有小于或等于约40°的水接触角。在一些实施例中，第二光源730可被配置为将第二辐射施加到光可切换层，使得石墨烯层具有小于或等于约30°的水接触角。在一些实施例中，第二光源730可被配置为将第二辐射施加到光可切换层，使得石墨烯层具有小于或等于约20°的水接触角。第二光源730可被配置为发射紫外光(例如，在约400或更小的范围内的峰值发射波长)。第二光源730还可配置为发射具有小于第一光源的峰值发射波长的峰值发射波长的辐射。
在一些实施例中，从第二光源730施加辐射导致石墨烯层的水接触角的变化。例如，从第二光源730施加辐射可导致石墨烯层的水接触角的5°的150°的变化。在一些实施例中，水接触角的变化是至少约5°，至少约10°，至少约15°，至少约20°，至少约25°，至少约30°，至少约35°，至少约40°，至少约45°，至少约50°，至少约55°，约50°，至少约55°，至少约60°，至少约65°，至少约70°，至少约75°，至少约80°，至少约85°，至少约90°，至少约95°，至少约100°，至少约105°，至少约110°，至少约115°，至少约120°，至少约125°，至少约130°，至少约135°，至少约140°，至少约145°，或者在上述任意两个值之间的范围。
设备700可用作传感器。不意在局限于下面的实施例，下面的示例设备700用作传感器。设备700可与配置为使得含分析物的流体沿着石墨烯复合物710的表面流动的流动室耦合；在这样的构造中，石墨烯复合物710的表面能够充当例如色谱分析设备中的固定相。在含分析物的流体开始流动之前，石墨烯复合物710的表面可根据用户偏好被配置为亲水的或疏水的。在含分析物的流体流动过程中或者含分析物的流体流动结束后，可利用第一光源720或第二光源730对石墨烯复合物710的表面进行修改以将石墨烯复合物710的表面部分地或完全地从疏水的修改为亲水的，或者从亲水的修改为疏水的，这取决于用户偏好以及石墨烯复合物710的表面的初始状态。在该过程中，可以根据色谱分析过程中分析物与石墨烯复合物710的表面的亲和力而在不同时间使得分析物被结合或洗脱。
本申请的石墨烯层可以以各种构造被用于诸如传感器设备的设备中。在一些实施例中，石墨烯层可以是设备的透明盖。在一些实施例中，石墨烯层可以是设备的不渗透(impermeable)盖，诸如设备的液体不透盖或气体不透盖。在一些实施例中，石墨烯层可以是设备的透明的、不渗透的盖。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员能够根据上下文和/或应用适当地从复数变换成单数和/或从单数变换成复数。为了清晰的目的，本文中明确地阐明了各单数/复数的置换。
本领域技术人员将理解，一般地，本文所使用的术语，尤其是随附权利要求(例如，随附权利要求的主体)中所使用的术语，通常意在为“开放式”术语(例如，术语“包括”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，等等)。本领域技术人员还理解，如果意图表达引导性权利要求记述项的具体数量，该意图将明确地记述在权利要求中，并且在不存在这种记述的情况下，不存在这样的意图。例如，为辅助理解，下面的随附权利要求可能包含了引导性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引导权利要求记述项。然而，这种短语的使用不应解释为暗指不定冠词“一”或“一个”引导权利要求记述项将包含该所引导的权利要求记述项的任何特定权利要求局限于仅包含一个该记述项的实施例，即使当同一权利要求包括了引导性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”或“一个”的不定冠词(例如，“一”和/或“一个”应当解释为表示“至少一个”或“一个或多个”)；这同样适用于对于用于引导权利要求记述项的定冠词的使用。另外，即使明确地记述了被引导的权利要求记述项的具体数量，本领域技术人员将理解到这些记述项应当解释为至少表示所记述的数量(例如，没有其它修饰语的裸记述“两个记述项”表示至少两个记述项或两个以上的记述项)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用法的那些实例中，通常这样的构造旨在表达本领域技术人员理解该惯用法的含义(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等等的系统)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯用法的那些实例中，通常这样的构造旨在表达本领域技术人员理解该惯用法的含义(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等等的系统)。本领域技术人员将进一步理解，呈现两个以上可选项的几乎任何分离词和/或短语，无论是在说明书、权利要求或附图中，都应理解为设想包括一项、任一项或两项的可能性。例如，术语“A或B”将理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
另外，在根据马库什组(Markush group)描述本公开的特征或方案的情况下，本领域技术人员将理解的是本公开也因此以马库什组的任何独立成员或成员的子组来描述。
本领域技术人员将理解的是，为了任何以及全部的目的，诸如在提供所撰写的说明书方面，本文所公开的全部范围也涵盖了任何和全部的可能的子范围及其子范围的组合。能够容易地认识到任何所列范围都充分地描述了同一范围并且使同一范围分解成至少均等的两半、三份、四份、五份、十份等等。作为非限制示例，本文所论述的每个范围能够容易地分解成下三分之一、中三分之一和上三分之一，等等。本领域技术人员还将理解的是，诸如“多达”、“至少”、“大于”、“小于”等所有的语言包括所记述的数量并且是指如上文所论述的随后能够分解成子范围的范围。最后，本领域技术人员将理解的是，范围包括每个独立的成员。因此，例如，具有1-3个单元的组是指具有1个、2个或3个单元的组。类似地，具有1-5个单元的组是指具有1个、2个、3个、4个、或5个单元的组，等等。
虽然本文公开了各个方案和实施例，但是其它的方案和实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本文所公开的各个方案和实施例是为了示例的目的而不意在限制，真正的范围和精神是通过随附的权利要求表示的。
本领域技术人员将理解的是，对于本文公开的该过程和方法以及其它的过程和方法，在这些过程和方法中执行的功能可以按不同的次序来实现。此外，列出的步骤和操作仅提供作为示例，一些步骤和操作可以是任选的，可被组合成较少的步骤和操作，或者扩展成额外的步骤和操作，而不偏离公开的实施例的实质。
示例
在下面的示例中进一步详细地披露了额外的实施例，这些实施例旨在是示例性的，而绝不意在以任何方式限制权利要求的范围。
示例1-在聚合物基材上制备石墨烯层
下面的示例演示了将石墨烯单层沉积在任选的纹理化的聚合物基材上。
通过利用液态前体己烷在Cu箔上进行化学气相沉积来合成大面积单层石墨烯膜。在生长后，薄的、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate))膜被涂布在石墨烯/Cu基材上。下层的Cu基材溶解于稀释的HNO3中。
然后，该膜被转移到各种聚合物表面/基材上。该方法使用被置于常规的PDMS印模与待转移石墨烯之间的牺牲的‘自剥离’聚合物层。自剥离层提供在印模上的低附着功效，这利于石墨烯的层离及其在新的基材上的放置。参见如下文献描述的方法：Song,J.等人,Ageneral method for transferring graphene onto soft surfaces,NatureNanotechnology,8,2013,356-362。
经偶氮苯处理的表面是CF3AZO，7-[(三氟甲氧基苯偶氮)苯氧基]戊酸。参见Prescher,D.,Thiele,T.,Ruhmann,,R.,Schulz,G.,J.Fluorine Chem.1995,74,185。

Claims (58)

1.一种石墨烯复合物，包括：
光可切换层，其被配置为在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化；
石墨烯层，其布置在所述光可切换层上；以及
基材，其中所述光可切换层布置在所述基材与所述石墨烯层之间，
其中所述光可切换层包括至少一种偶氮苯化合物，以及
其中所述偶氮苯化合物由下式表示：
其中，R1是疏水部分，R2是间隔基团，且R3是偶联基团。
2.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述疏水部分包括烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基或卤素。
3.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述间隔基团包括C1-20亚烷基。
4.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述偶联基团包括胺、羧酸、硫醇或硅烷偶联基团。
5.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述光可切换层进一步包括聚合物，其中所述偶氮苯化合物与所述聚合物共轭。
6.如权利要求5所述的石墨烯复合物，其中所述光可切换层进一步包括静电纺纳米纤维，其中所述静电纺纳米纤维包括所述聚合物。
7.如权利要求5所述的石墨烯复合物，其中所述聚合物包括刷状共聚物。
8.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述光可切换层具有纳米级粗糙度。
9.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述光可切换层具有大于或等于2nm的厚度。
10.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述光可切换层包括自组装单层。
11.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述石墨烯层具有小于或等于2nm的厚度。
12.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述石墨烯层具有小于六个石墨烯片的厚度。
13.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中当所述光可切换层处于所述疏水状态时，所述石墨烯层展现出至少80°的水接触角。
14.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中当所述光可切换层处于所述亲水状态时，所述石墨烯层展现出小于或等于60°的水接触角。
15.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中当所述光可切换层处于所述疏水状态时，所述石墨烯层展现出第一水接触角，而当所述光可切换层处于所述亲水状态时，所述石墨烯层展现出第二水接触角，并且其中所述第一水接触角与所述第二水接触角之间的差在5°至150°的范围内。
16.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述石墨烯层布置在所述光可切换层的3.0nm、2.5nm、2.0nm或1.5nm内。
17.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述石墨烯层直接布置在所述光可切换层上。
18.如权利要求1所述的石墨烯复合物，其中所述基材包括硅或二氧化硅。
19.一种制作石墨烯复合物的方法，所述方法包括：
提供基材；
将光可切换层形成在所述基材上，所述光可切换层被配置为在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化；以及
将石墨烯施加到所述光可切换层，
其中所述光可切换层包括至少一种偶氮苯化合物，以及
其中所述偶氮苯化合物由下式表示：
其中，R1是疏水部分，R2是间隔基团，且R3是偶联基团。
20.如权利要求19所述的方法，其中将所述光可切换层形成在所述基材上包括将聚合物施加到所述基材上，其中所述聚合物包括与所述聚合物共轭的偶氮苯化合物。
21.如权利要求20所述的方法，其中将所述聚合物施加到所述基材上包括将静电纺纳米纤维施加到所述基材，其中所述静电纺纳米纤维包括所述聚合物。
22.如权利要求19所述的方法，其中将所述光可切换层形成在所述基材上包括：
将聚合物施加到所述基材上；以及
使偶氮苯化合物与所述聚合物共轭。
23.如权利要求19所述的方法，其中将所述光可切换层形成在所述基材上包括使偶氮苯化合物与所述基材共轭，其中所述偶氮苯化合物包括硅烷偶联剂。
24.如权利要求19所述的方法，其中将所述光可切换层形成在所述基材上包括：
使含胺的硅烷偶联剂与所述基材的表面共轭；以及
使偶氮苯化合物与共轭至所述基材的表面的所述含胺的硅烷偶联剂反应。
25.如权利要求19所述的方法，其中提供所述基材包括将二氧化硅纳米颗粒施加到所述基材，以及将带负电的聚合物施加到所述二氧化硅纳米颗粒。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述带负电的聚合物包括聚(烯丙胺盐酸盐)。
27.如权利要求19所述的方法，其中将石墨烯施加到光可切换层包括将混合物施加到所述光可切换层，其中所述混合物包括分散在溶剂中的石墨烯。
28.如权利要求27所述的方法，其中将所述混合物施加到所述光可切换层包括选自下述的方法：浸涂、旋涂、辊涂、喷涂、气刀涂布、狭槽挤压式涂布和棒杆涂布。
29.一种方法，其包括：
提供石墨烯复合物，所述石墨烯复合物包括：
光可切换层，其被配置成在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化；
石墨烯层，其布置在所述光可切换层上；以及
基材，其中所述光可切换层布置在所述基材与所述石墨烯层之间；
将第一辐射施加到所述光可切换层，用于使得所述光可切换层的至少一部分处于疏水状态；以及
将第二辐射施加到所述光可切换层，用于使得所述光可切换层的至少一部分处于亲水状态，
其中所述光可切换层包括至少一种偶氮苯化合物，以及
其中所述偶氮苯化合物由下式表示：
其中，R1是疏水部分，R2是间隔基团，且R3是偶联基团。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述第一辐射具有大于400nm的峰值发射波长。
31.如权利要求29所述的方法，其中所述第二辐射具有小于400nm的峰值发射波长。
32.如权利要求29所述的方法，其中所述石墨烯层具有小于或等于2nm的厚度。
33.如权利要求29所述的方法，其中所述石墨烯层包括不多于六个的石墨烯片。
34.如权利要求29所述的方法，其中将所述第一辐射施加到所述光可切换层包括将所述第一辐射施加到所述光可切换层，以使所述石墨烯层具有至少80°的水接触角。
35.如权利要求29所述的方法，其中将所述第二辐射施加到所述光可切换层包括将所述第二辐射施加到所述光可切换层，以使所述石墨烯层具有小于或等于60°的水接触角。
36.如权利要求29所述的方法，其中当所述光可切换层处于所述疏水状态时，所述石墨烯层展现出第一水接触角，并且当所述光可切换层处于所述亲水状态时，所述石墨烯层展现出第二水接触角，并且其中所述第一水接触角与所述第二水接触角之间的差在5°至150°的范围内。
37.如权利要求29所述的方法，其中所述光可切换层具有纳米级粗糙度。
38.如权利要求29所述的方法，其中所述石墨烯层布置在所述光可切换层的3.0nm、2.5nm、2.0nm或1.5nm内。
39.如权利要求29所述的方法，其中所述石墨烯层直接布置在所述光可切换层上。
40.一种感测样品中的一种或多种分析物的方法，所述方法包括：
提供石墨烯复合物，所述石墨烯复合物包括：
光可切换层，其被配置成在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化；
石墨烯层，其布置在所述光可切换层上；以及
基材，其中所述光可切换层布置在所述基材与所述石墨烯层之间；
将第一辐射施加到所述光可切换层，用于使得所述光可切换层的至少一部分处于所述疏水状态；
在所述光可切换层处于所述疏水状态的同时，使所述样品与所述石墨烯层接触；
将第一电压施加到所述石墨烯层，使得第一电流在所述石墨烯层中流动；以及
在施加所述第一电压的同时，测量所述石墨烯层中的所述第一电流，
其中所述光可切换层包括至少一种偶氮苯化合物，以及
其中所述偶氮苯化合物由下式表示：
其中，R1是疏水部分，R2是间隔基团，且R3是偶联基团。
41.如权利要求40所述的方法，进一步包括将所述石墨烯层中的测得的第一电流与所述样品中的一种或多种分析物的浓度相关联。
42.如权利要求41所述的方法，其中所述分析物包括芳族分子、核苷酸、核苷、农药、金属离子以及它们的对映体中的一种或多种。
43.如权利要求42所述的方法，其中所述芳族分子为多环芳烃。
44.如权利要求40所述的方法，进一步包括：
将第二辐射施加到所述光可切换层，用于使得所述光可切换层的至少一部分处于所述亲水状态；
将第二电压施加到所述石墨烯层，使得第二电流在所述石墨烯层中流动；以及
在施加所述第二电压的同时，测量所述石墨烯层中的所述第二电流。
45.如权利要求44所述的方法，进一步包括：将所述石墨烯层中的测得的第二电流与所述样品中的一种或多种分析物的浓度相关联。
46.如权利要求40所述的方法，其中所述石墨烯层布置在所述光可切换层的3.0nm、2.5nm、2.0nm或1.5nm内。
47.如权利要求40所述的方法，其中所述石墨烯直接布置在所述光可切换层上。
48.一种设备，其包括：
石墨烯复合物，所述石墨烯复合物包括：
光可切换层，其被配置为在疏水状态与亲水状态之间可逆地变化；
石墨烯层，其布置在所述光可切换层上；以及
基材，其中所述光可切换层布置在所述基材与所述石墨烯层之间；
第一光源，其被配置为将第一辐射施加到所述光可切换层，用于使得所述光可切换层的至少一部分处于所述疏水状态；以及
第二光源，其被配置为将第二辐射施加到所述光可切换层，用于使得所述光可切换层的至少一部分处于所述亲水状态，
其中所述光可切换层包括至少一种偶氮苯化合物，以及
其中所述偶氮苯化合物由下式表示：
其中，R1是疏水部分，R2是间隔基团，且R3是偶联基团。
49.如权利要求48所述的设备，其中所述第一光源被配置为将所述第一辐射施加到所述光可切换层，以使得所述石墨烯层具有至少80°的水接触角。
50.如权利要求48所述的设备，其中所述第二光源被配置为将所述第二辐射施加到所述光可切换层，以使得所述石墨烯层具有小于或等于60°的水接触角。
51.如权利要求48所述的设备，其中所述石墨烯层布置在所述光可切换层的3.0nm、2.5nm、2.0nm或1.5nm内。
52.如权利要求48所述的设备，其中所述石墨烯层直接布置在所述光可切换层上。
53.一种用于制作石墨烯复合物的系统，所述系统包括：
控制器；
光可切换层施加器，其经由所述控制器被配置为将光可切换层或其前体施加到基材；以及
石墨烯施加器，其经由所述控制器被配置为以将石墨烯施加到所述光可切换层，
其中所述光可切换层包括至少一种偶氮苯化合物，以及
其中所述偶氮苯化合物由下式表示：
其中，R1是疏水部分，R2是间隔基团，且R3是偶联基团。
54.如权利要求53所述的系统，其中所述光可切换层施加器包括浸涂器、旋涂器、辊涂器、棒杆涂布器、喷涂器、气刀涂布器或狭槽挤压式涂布器中的一种或多种。
55.如权利要求53所述的系统，其中所述光可切换层施加器包括含有偶氮苯化合物的储存器。
56.如权利要求53所述的系统，其中所述石墨烯施加器包括浸涂器、旋涂器、辊涂器、棒杆涂布器、喷涂器、气刀涂布器或狭槽挤压式涂布器中的一种或多种。
57.如权利要求53所述的系统，其中所述石墨烯施加器经由所述控制器被配置为将石墨烯施加到所述光可切换层，以使得具有2nm或更小厚度的石墨烯层形成在所述光可切换层上。
58.如权利要求53所述的系统，其中所述石墨烯施加器包括含有分散在溶剂中的石墨烯的储存器。
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