CN112179868A - 一种光调制太赫兹分子检测器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光调制太赫兹分子检测器件的制备方法，此方法利用简单的化学组装、气液界面分离、热力学调控，通过烧结温度和时间调控，得到了无缺陷的石墨烯薄膜结构。此薄膜具有极低缺的陷态结构，一方面具有良好的面电阻(10‑30Ω/□)，另一方面具有极好的光学响应性。将此薄膜贴附于石英表面并进行图案化，至于太赫兹光下，随着表面滴加分子浓度的增加，太赫兹透射光谱峰位会随之变化，因此可以制备成太赫兹分子检测器件，用于检测分子残留。
Description
技术领域
本发明涉及一种光调制太赫兹分子检测器件的制备方法。
背景技术
太赫兹分子探测，是利用太赫兹作为基础光源，检测分子对太赫兹超材料导电性的影响。其优势在于可以快速、批量、实时检测药物分子浓度。在太赫兹分子探测领域，常规应用材料为金属和半金属，其存在两个严重的问题：其一，分子亲和性差，特别是和含有共轭结构的分子；其二，它不能进行光学信号调制，不能响应外界光学环境的改变。
最近，单层石墨烯的快速崛起为太赫兹分子探测提供了显得替代材料，其具有良好的光调节性、电调节性等性质。然而，单层石墨烯不易加工，极易损坏，导致导电性的极速降低，加工连续性差。
为此急需一种既可以避免金属、半金属以及单层石墨烯缺陷，又可以继承石墨烯特殊光学电学性质的材料，进一步推动太赫兹生物检测领域的发展。为此，我们提出多层低缺陷石墨烯膜的制备方案，并将其大规模应用于可光学调制的太赫兹分子检测领域之中，用于快速识别药物分子残留。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种光调制太赫兹分子检测器件的制备方法。此结构结合了单层石墨烯良好的光学、电学以及分子结构性质以及金属材料良好的加工性，从而为石墨烯材料在太赫兹探测器件中的应用奠定了基础。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
(1)以阳极氧化铝为基底组装氧化石墨烯成纳米厚度石墨烯膜，将纳米薄膜化学还原。
(2)将薄荷醇均匀铺设于纳米薄膜表面，加热融化，冷却凝固，室温升华，得到剥离的石墨烯纳米膜。
(3)以30℃/min以下的升温速率，将氧化石墨烯膜升温至2000℃以上，并保持1-16h，以降低氧化石墨烯膜的缺陷至0.3％以下。
(4)将得到的低缺陷石墨烯膜贴合于二氧化硅基底(厚度1mm)表面并图案化成特定阵列结构。
所述氧化石墨烯膜通过离心喷涂、抽滤或者旋涂法制备得到。
所述氧化石墨烯膜的厚度介于40-180原子层之间；化学还原条件为HI作为还原剂，60-120摄氏度处理1-4h。
薄荷醇加热融化温度为34-43℃；冷却收缩温度为25℃以下。
所述加热方法为电加热、微波加热以及红外辐射加热。
本发明的有益效果在于：
其一、通过特定的薄荷醇作为转移剂，通过融化铺展，凝固收缩进行转移剥离，避免了直接转移剂升华生长带来的晶体状毛刺对薄膜存在的潜在的损伤以及升华生长不均匀带来的应力不均作用和收缩损伤。
其二、通过简单的温度处理控制，得到极低缺陷的，该方法可靠性强，技术简单，成本低。
其三、相对于单层石墨烯制备的太赫兹超材料，此结构可加工性强，面电阻小，太赫兹响应强度高；相比于金属制备的太赫兹超材料，此结构具有光学调制性。总而言之，此超材料结合了单层石墨烯和类金属材料的优点。
附图说明
图1为缺陷随着温度变化图。
图2石墨烯膜/二氧化硅超材料结构光学图。
图3石墨烯膜/二氧化硅超材料结构葡萄糖响应。
图4石墨烯膜/二氧化硅超材料结构光学调制性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
以下实施例中，缺陷含量通过以下方式进行测试：拉曼ID/IG的大小来确定材料缺陷度的多少。
实施例1：
(1)以阳极氧化铝为基底通过离心喷涂组装氧化石墨烯(0.5ug/mL)成纳米厚度石墨烯膜，所述氧化石墨烯膜的厚度为40原子层；将纳米薄膜化学还原，还原条件为HI作为还原剂，60摄氏度处理4h。。
(2)将薄荷醇均匀铺设于纳米薄膜表面，加热融化，冷却凝固，室温升华，得到剥离的石墨烯纳米膜。薄荷醇加热融化温度为34℃；冷却收缩温度为25℃。
(3)以30℃/min的升温速率，电加热将氧化石墨烯膜升温至2300℃以上，并保持4h，以降低氧化石墨烯膜的缺陷至0.3％以下。
(4)将得到的低缺陷石墨烯膜贴合于二氧化硅基底(厚度1mm)表面并激光刻蚀使其图案化成特定阵列结构。
实施例2：
(1)以阳极氧化铝为基底通过离心喷涂、抽滤或者旋涂法组装氧化石墨烯(0.5ug/mL)成纳米厚度石墨烯膜，氧化石墨烯膜的厚度介于90原子层之间；将纳米薄膜化学还原。化学还原条件为HI作为还原剂，90摄氏度处理2h。
(2)将薄荷醇均匀铺设于纳米薄膜表面，加热融化，冷却凝固，室温升华，得到剥离的石墨烯纳米膜。薄荷醇加热融化温度为40℃；冷却收缩温度为20℃。
(3)以10℃/min的升温速率，红外辐射加热将氧化石墨烯膜升温至2000℃，并保持8h，以降低氧化石墨烯膜的缺陷至0.3％以下。
(4)将得到的低缺陷石墨烯膜贴合于二氧化硅基底(厚度1mm)表面并图案化成特定阵列结构。
图1中2000摄氏度处理石墨烯拉曼2D峰的峰形完全对称，峰位为2700cm-1左右，表明是完全的非AB结构，此时具有明显的缺陷峰(D峰)；随着温度升高，D峰逐渐消失，到2800摄氏度时几乎不可见；同时，2D峰峰位不断向波数2720cm-1移动，表明随着温度升高，薄膜结晶度提高，AB结构含量提升。图2，太赫兹超材料结构，石墨烯纳米膜阵列规整排列于二氧化硅上，将此结构放于太赫兹光下，滴上待测定分子，其光谱中心随着分子浓度的改变发生规律性偏移，如图3所示。重要的是，在不同光学条件下，太赫兹响应强度随着光强发生规律性的变化(图4)，因此可以进一步的降低材料厚度，提高光学调制的比重。另一方面，光学调制的出现，可以将超材料的应用领域扩展到光学探测，用于感应和检测光强度变化。
实施例3：
(1)以阳极氧化铝为基底通过旋涂法组装氧化石墨烯(0.5ug/mL)成纳米厚度石墨烯膜，所述氧化石墨烯膜的厚度为180原子层，将纳米薄膜化学还原。化学还原条件为HI作为还原剂，120摄氏度处理1h。
(2)将薄荷醇均匀铺设于纳米薄膜表面，加热融化，冷却凝固，室温升华，得到剥离的石墨烯纳米膜。薄荷醇加热融化温度为43℃；冷却收缩温度为10℃。
(3)以20℃/min的升温速率，微波加热将氧化石墨烯膜升温至2800℃以上，并保持1h，以降低氧化石墨烯膜的缺陷至0.3％以下。
(4)将得到的低缺陷石墨烯膜贴合于二氧化硅基底(厚度1mm)表面并图案化成特定阵列结构。
Claims (5)
1.一种光调制太赫兹分子检测器件的制备方法，其特征在于，该方法为：
(1)以阳极氧化铝为基底组装氧化石墨烯成纳米厚度石墨烯膜，将纳米薄膜化学还原。
(2)将薄荷醇均匀铺设于纳米薄膜表面，加热融化，冷却凝固，室温升华，得到剥离的石墨烯纳米膜。
(3)以30℃/min以下的升温速率，将氧化石墨烯膜升温至2000℃以上，并保持1-16h，以降低氧化石墨烯膜的缺陷至0.3％以下。
(4)将得到的低缺陷石墨烯膜贴合于二氧化硅基底(厚度1mm)表面并图案化成特定阵列结构。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯膜通过离心喷涂、抽滤或者旋涂法制备得到。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯膜的厚度介于40-180原子层之间；化学还原条件为HI作为还原剂，60-120摄氏度处理1-4h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，薄荷醇加热融化温度为34-43℃；冷却收缩温度为25℃以下。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热方法为电加热、微波加热以及红外辐射加热。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Peng Li Inventor after: Fang Wenzhang Inventor after: Gao Chao Inventor before: Peng Li Inventor before: Wen Zhang Inventor before: Gao Chao |