石墨烯压力传感器的研究进展

石墨烯传感器的研究进展摘要本文论述了石墨烯电化学和生物传感器的研究进展，包括石墨烯的直接电化学基础、石墨烯对生物小分子的电催化活性、石墨烯酶传感器、基于石墨烯薄膜和石墨烯纳米带的实用气体传感器（可检测O 2、CO和NO 2）、石墨烯DNA传感器和石墨烯医药传感器（可用于检测扑热息痛）。

2004年，英国曼彻斯特大学Andre K.Geim等以石墨为原料，通过微机械力剥离法得到一系列叫作二维原子晶体的新材料----- “石墨烯（G raphene）”。

石墨烯是碳纳米材料家族的新成员，具有二维层状纳米结构，室温下相当稳定。

由于在石墨烯中碳原子呈sp2 杂化，贡献剩余一个p轨道上的电子形成了大n键，n 电子可以自由移动，使石墨烯具有优良的导电性、新型的量子霍尔效应以及独特的超导性能。

石墨烯对一些酶呈现出优异的电子迁移能力，并且对一些小分子（如H2O2 NADH）具有良好的催化性能，使其适合做基于酶的生物传感器，即葡萄糖传感器和乙醇生物传感器。

在电化学中应用的石墨烯大部分都是由还原石墨烯氧化物得到的，也称为功能化石墨烯片或者化学还原石墨烯氧化物，这种物质通常有较多的结构缺陷和官能团，在电化学应用上具有优势。

碳是电化学分析和电催化领域应用最广的材料。

例如，碳纳米管在生物传感器、生物燃料电池和质子交换膜（PEM）燃料电池方面有着良好的性能。

基于石墨烯的电极在电催化活性和宏观尺度的导电性上比碳纳米管更有优势。

因此，在电化学领域，石墨烯就有了大展身手的机会。

石墨烯在电化学传感器上的应用有以下优点：①体积小，表面积大；②灵敏度高；③响应时间快；④电子传递快；⑤易于固定蛋白质并保持其活性；⑥减少表面污染的影响。

1石墨烯的电化学基础为了更好地了解碳材料在电化学领域的应用，有必要研究决定碳电极的几种重要参数的基本电化学行为，即电化学位窗口、电子迁移速率、氧化还原电位等。

Zhou Ming等报道称石墨烯在0. lmol/L PBS （pH 为7.0 ）中具有大约2.5V 的电化学电位窗口，这与石墨、玻碳、甚至掺杂硼的金刚石电极相似，但是，从交流阻抗谱来看，石墨烯对电荷迁移的阻力比石墨和玻碳电极对电荷迁移的阻力小。

《基于石墨烯的柔性力敏传感器结构设计与应用研究》篇一一、引言随着科技的进步和物联网的飞速发展，柔性传感器在各种领域中的应用越来越广泛。

作为一种新型的纳米材料，石墨烯以其独特的物理和化学性质，为柔性力敏传感器的发展提供了广阔的前景。

本文旨在研究基于石墨烯的柔性力敏传感器的结构设计、制备工艺及其应用领域。

二、石墨烯的物理和化学性质石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料，具有优异的导电性、热导性、机械强度和柔韧性。

这些独特的性质使得石墨烯在制备柔性力敏传感器方面具有巨大的潜力。

三、基于石墨烯的柔性力敏传感器结构设计1. 材料选择：选用高质量的石墨烯材料作为主要导电层，同时选择具有良好柔韧性和生物相容性的聚合物作为基底材料。

2. 结构设计：将石墨烯材料通过特殊的工艺与聚合物基底复合，形成一种具有高度敏感和柔性的力敏传感器结构。

该结构包括导电层、绝缘层和保护层，其中导电层由石墨烯材料构成，绝缘层用于隔离相邻的导电层，保护层则用于提高传感器的耐用性和稳定性。

四、制备工艺1. 制备石墨烯材料：采用化学气相沉积法或氧化还原法制备高质量的石墨烯材料。

2. 制备导电层：将石墨烯材料与聚合物基底通过涂布、印刷或喷涂等方式复合，形成导电层。

3. 制备绝缘层和保护层：在导电层上依次制备绝缘层和保护层，以提高传感器的性能和稳定性。

五、应用领域基于石墨烯的柔性力敏传感器具有广泛的应用前景，主要应用于以下几个方面：1. 人体健康监测：用于监测人体的生理信号，如心率、血压、呼吸等，有助于实现人体健康管理。

2. 智能穿戴设备：用于制作智能手表、智能手环等可穿戴设备中的压力、触觉等传感器，提高设备的用户体验。

3. 机器人技术：用于机器人皮肤中的触觉传感器，实现机器人的环境感知和人机交互。

4. 物联网领域：用于物联网设备中的压力、温度、湿度等传感器的制备，提高物联网设备的智能化水平。

六、结论基于石墨烯的柔性力敏传感器具有优异的性能和广泛的应用前景。

石墨烯传感器的进展综述石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，具有很多奇异的电子及机械性能。

随着石墨烯材料的发展，传感器的发展也如虎添翼。

很多优异传感器的诞生也使生活生产变得更加智能可控。

基于石墨烯材料论述了石墨烯气体传感器，压力传感器和生物传感器的研究进展。

标签：石墨烯；传感器；气体；压力；生物1 概述石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形蜂巢晶格的二维材料，且只有一个碳原子厚度。

由于其独特的物理化学性质（高表面积、良好的导电性、机械强度高、易于功能化等），石墨烯在传感器上的应用受到越来越多的关注。

本文有选择地论述了石墨烯气体传感器，压力传感器和生物传感器的研究进展。

2 石墨烯基传感器传感器是一种检测装置，能够将被测量的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器存在于我们生活中的各个方面，它的发展将会为人们的生活带来更大的便利。

石墨烯材料的應用为实现传感器的灵敏化、智能化、便捷化奠定了基础。

2.1 石墨烯气体传感器石墨烯具有蜂巢晶体结构，具有巨大的表面积，对周围的环境非常敏感。

据报道，CO2、NH3和NO2等可吸附在纯石墨烯上，使石墨烯纳米传感器的电子运输性能发生重大变化。

孙宇峰等人[1]通过对Hummer方法的改进，制备了片状多层氧化石墨烯。

在不同浓度的NH3下进行敏感特性测试，实验结果表明氧化石墨烯对NH3具有良好的响应，在（1.5-3.5）×10-4范围内呈线性关系。

侯书勇等人[2]通过臭氧处理制备了一种简单、高效、可重复使用的单层石墨烯基NO2气体传感器，并研究了纯的和经过臭氧处理的NO2气体传感器的响应特性和恢复特性。

经臭氧处理后的石墨烯基气体传感器对NO2响应度明显高于未经臭氧处理的石墨烯基气体传感器。

桂阳海等人[3]为了改善WO3基材料的气敏性能，通过水热法制备出石墨烯添加量为0.5%、0.8%、1.0%、1.5%（质量分数）的石墨烯/WO3纳米片复合材料，并研究其对H2S的气敏性能。

基于石墨烯的柔性压力传感器开发及性能研究随着科技的不断发展和进步，人们的生活逐渐依赖于各种电子设备和无线通信技术。

同时，电力、汽车、医疗、安防、机器人等领域对传感器的需求也越来越大。

传感器是指把被测量物理量转化成可读信号的一种器件，是测量、控制和监控领域不可缺少的硬件设备。

在这其中，压力传感器的重要性尤为突出。

压力传感器可以测量压力、重量、密度、力等多个物理量，广泛应用于汽车、航空航天、化工、建筑、医疗等领域。

然而，传统的压力传感器存在着许多问题，比如精度低、体积大、灵敏度差等。

因此，研发一种精度高、体积小、灵敏度强的新型压力传感器已成为一个研究热点。

随着石墨烯的发现和研究，人们发现石墨烯具有一系列优异的物理、化学、电学和机械性能，特别是石墨烯的高导电性、高透过性和极低的厚度，使得它成为一种理想的柔性材料。

因此，将石墨烯应用于压力传感器的研究也成为当前的一个研究热点。

本文将围绕基于石墨烯的柔性压力传感器开发及其性能进行探讨。

一、石墨烯简介石墨烯是一种二维的碳材料，由一层由碳原子组成的六边形蜂窝状晶格构成。

石墨烯的特殊结构使其拥有许多非常优异的特性，比如高导电性、高透光性和极高的机械强度等。

这些特性使得石墨烯在许多领域具备广泛应用的前景。

二、基于石墨烯的柔性压力传感器基于石墨烯的柔性压力传感器可以采用石墨烯纳米片作为敏感层。

因为石墨烯本身就是一种非常薄且柔软的材料，具有极高的机械强度和弹性模量，而且可以经历多次弯曲而不会出现断裂的现象。

这为利用石墨烯制作柔性压力传感器提供了极大的便利。

石墨烯的高导电性能使其可以用作电极材料，将石墨烯片覆盖在弹性基片上，再在两端接入电极，就形成一个基于石墨烯的柔性压力传感器。

当压力作用于传感器时，石墨烯的电阻值会发生变化，这种变化可以被测量出来并转化成数字信号，从而得到被测物的相应压力值。

基于石墨烯的柔性压力传感器具有以下几个特点：1. 响应速度快：基于石墨烯的柔性压力传感器响应速度可以达到微秒级别，适合用于高速测量和实时监控。

石墨烯在传感器中的性能与应用研究石墨烯，一种单层碳原子构成的二维材料，具有出色的电导性、热导性和机械性能，在各个领域中都显示出巨大的应用潜力。

其中，在传感器领域，石墨烯的独特性能使其成为研究的热点。

本文将探讨石墨烯在传感器中的性能及其应用研究。

一、石墨烯的性能特点1. 优异的电导性能：单层石墨烯具有非常高的电子迁移率和低电阻率，电子在其表面几乎不会有碰撞损失，因此石墨烯具有优异的电导性能。

2. 卓越的热导性能：石墨烯导热性能非常好，甚至超越了铜和金属等材料。

这使得石墨烯在传感器中具有很好的热散射特性。

3. 出色的机械性能：石墨烯具有非常高的抗拉强度和弹性模量，即使在单层形式下也具有出色的机械性能。

4. 大比表面积：石墨烯具有极大的比表面积，提供了更多的反应位点，有助于传感器与待测物快速反应。

二、石墨烯在传感器中的应用1. 气体传感器：石墨烯作为传感器材料具有极高的灵敏度和选择性，可以用于检测气体的浓度和种类。

例如，在空气中监测有害气体的浓度时，利用石墨烯薄膜的吸附特性，可以高效地吸附并检测出微量的有害气体。

2. 生物传感器：石墨烯可以作为生物传感器的载体，用于检测生物分子，如DNA、蛋白质等。

通过修饰石墨烯表面的生物分子，可以实现高灵敏度和快速的生物分子检测。

3. 应力传感器：由于石墨烯具有极好的机械性能，在应力传感器中也展现出很好的应用前景。

通过监测石墨烯薄膜的电阻变化，可以实时、非侵入性地测量物体的应变变化。

4. 光传感器：石墨烯对光的吸收和散射能力非常出色，因此在光传感器领域也有很大的潜力。

利用石墨烯的光学特性，可以实现高灵敏度、快速响应的光传感器。

5. 温度传感器：由于石墨烯的优异热导性能，可以用于制作高灵敏度的温度传感器。

石墨烯薄膜的电阻随温度的变化呈线性关系，因此可利用这一特性制作精确的温度传感器。

三、石墨烯传感器的优势与挑战1. 优势：a. 高灵敏度：石墨烯具有极高的灵敏度，可以检测极小浓度的待测物。

2023年石墨烯压力传感器行业市场研究报告石墨烯（Graphene）是由碳原子组成的二维薄层材料，具有极高的导热和导电性能，同时具有极强的机械强度和柔韧性。

这使得石墨烯在压力传感器领域具有广阔的应用前景。

石墨烯压力传感器是一种利用石墨烯材料特性制作的传感器，能够对外界施加的压力变化进行高精度的测量。

随着科技的发展，人们对于传感器的需求越来越高，压力传感器成为了众多应用领域不可或缺的关键器件。

石墨烯压力传感器具有以下几个优势：1. 高灵敏度：石墨烯具有极高的电阻率，微小的压力变化就能引起电阻的显著变化，使得石墨烯压力传感器具有高灵敏度和精度。

2. 宽工作范围：石墨烯材料具有高温和低温稳定性，能够在 -200 到 800 度的温度范围内正常工作，满足多种应用需求。

3. 快速响应时间：石墨烯具有超低的质量和弹性模量，可以实现非常快速的压力响应，准确地测量瞬时的压力变化。

4. 良好的机械强度：石墨烯具有出色的机械强度和柔韧性，能够承受较大的压力变化和机械挤压，增加了传感器的寿命和稳定性。

目前，石墨烯压力传感器已经在多个领域得到了广泛应用，包括航空航天、汽车工业、医疗健康、机器人技术等。

在航空航天领域，石墨烯压力传感器可以用于飞机和火箭的结构健康监测，提高飞行安全性能。

在汽车工业中，石墨烯压力传感器可以用于汽车刹车系统的压力监测，提高刹车的稳定性和安全性能。

在医疗健康领域，石墨烯压力传感器可以用于人体生理信号的监测，实现无创检测和健康监护。

在机器人技术中，石墨烯压力传感器可以用于机器人手部的力触觉反馈，实现人机交互和精密操作。

根据市场调研数据显示，石墨烯压力传感器市场规模正在逐年增长。

预计到2025年，全球石墨烯压力传感器市场规模将超过10亿美元。

石墨烯压力传感器的应用领域正在不断扩大，未来几年内有望取得更大的发展。

随着石墨烯材料的研发和制备技术的进一步成熟，石墨烯压力传感器的成本也将逐渐降低，推动市场进一步发展。

石墨烯生物传感技术的研究现状及应用展望石墨烯作为一种新兴的材料，其应用领域正在不断扩展。

其中，石墨烯生物传感技术是一个备受关注的领域。

本文将介绍石墨烯生物传感技术的研究现状及应用展望。

一、石墨烯的特性石墨烯是由碳原子组成的单层平面材料，厚度仅为1个原子层，具有极高的电导率和导热率，且具有极高的比表面积。

这些特性使石墨烯具有很多独特的性质，例如高灵敏度、高选择性和高稳定性等。

因此，石墨烯可以用于制造各种传感器，尤其是生物传感器。

二、石墨烯生物传感技术的研究现状目前，石墨烯生物传感技术的研究已经进展到了很高的水平。

生物传感器是一种能够检测生物分子（如蛋白质、DNA、RNA等）的传感器，可以用于健康监测、医学诊断、食品安全等方面。

而石墨烯生物传感器具有很多优点，例如灵敏度高、检测速度快、稳定性好等。

1、石墨烯基的生物传感器石墨烯基的生物传感器可以通过改变石墨烯表面的性质来实现生物分子的检测。

例如，可以在石墨烯表面引入特定的生物分子，使其与待检测分子发生反应，从而实现检测。

石墨烯基的生物传感器不仅具有良好的灵敏度和选择性，还具有良好的稳定性和重复性。

2、量子点-石墨烯复合材料的生物传感器量子点是一种具有独特光学性质的半导体微粒。

石墨烯和量子点的结合可以产生持久的、稳定的发光信号，因此可以用于制造高灵敏度的生物传感器。

这种复合材料可以用于检测生物分子，例如肿瘤标志物、病毒等。

三、石墨烯生物传感技术的应用展望石墨烯生物传感技术的应用领域非常广泛，涵盖医疗、食品安全、环境监测等方面。

以下是几个关键领域的应用展望。

1、医疗领域石墨烯生物传感器可以用于诊断和监测疾病，例如糖尿病、肿瘤等。

此外，石墨烯生物传感器还可以用于药物筛选和药物释放的监测等方面。

2、食品安全领域石墨烯生物传感器可以检测食品中的有害物质，例如农药、重金属等。

这可以帮助保障公众的健康和食品安全。

3、环境监测领域石墨烯生物传感器可以用于监测环境中有害物质的浓度和种类，例如大气污染物、水污染物等。

石墨烯是一种具有独特结构和性质的二维碳纳米材料，具有优异的电、热、光学性能，在生物传感器领域具有广泛的应用前景。

本文将介绍石墨烯在生物传感器中的应用，包括石墨烯的结构特性、石墨烯在生物传感器中的应用原理以及石墨烯在生物传感器中的应用研究进展。

二、石墨烯的结构特性石墨烯是一种二维碳纳米材料，由一层厚度仅为0.34nm的碳原子构成，具有独特的结构特性。

石墨烯具有高强度、高导电性、高热导率、高抗拉强度、高抗折强度、高抗热稳定性等特性，可以有效抑制生物分子的氧化反应，并具有良好的生物相容性。

三、石墨烯在生物传感器中的应用原理石墨烯在生物传感器中的应用原理主要是利用其优异的电、热、光学性能，将生物分子与石墨烯结合，形成生物传感器，从而实现对生物分子的检测和分析。

石墨烯的优异性能可以有效抑制生物分子的氧化反应，并具有良好的生物相容性，可以有效提高生物传感器的灵敏度和稳定性。

四、石墨烯在生物传感器中的应用研究进展近年来，石墨烯在生物传感器领域的应用研究取得了显著进展。

研究人员利用石墨烯的优异性能，开发出了多种石墨烯生物传感器，用于检测和分析多种生物分子，如蛋白质、DNA、糖类、抗原等。

例如，研究人员利用石墨烯的优异性能，开发出了一种新型的石墨烯生物传感器，用于检测和分析蛋白质，可以有效提高检测灵敏度和稳定性。

此外，研究人员还利用石墨烯的优异性能，开发出了一种新型的石墨烯生物传感器，用于检测和分析DNA，可以有效提高检测灵敏度和稳五、结论石墨烯是一种具有独特结构和性质的二维碳纳米材料，具有优异的电、热、光学性能，在生物传感器领域具有广泛的应用前景。

近年来，石墨烯在生物传感器领域的应用研究取得了显著进展，可以有效提高生物传感器的灵敏度和稳定性。

未来，石墨烯在生物传感器领域的应用将会得到进一步发展，为生物传感器的研究提供新的思路和方法。

基于石墨烯的MEMS压力传感器的设计与工艺研究石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维材料，具有优异的力学、电学和热学性能。

由于其高度灵活性、高载流能力和优异的热导率，石墨烯在微电子机械系统（MEMS）中的应用前景广阔。

本文将介绍一种。

首先，我们需要设计一个高灵敏度的压力传感器。

石墨烯具有极高的机械强度和超高的拉伸率，使其成为制备高灵敏度传感器的理想材料。

通过在石墨烯薄膜上制备微细结构，如微纳米尺寸的悬梁或薄膜，可以实现高灵敏度的压力传感器。

这些微细结构的变形与施加在传感器上的压力密切相关，可以通过测量微细结构的变形来间接测量压力。

接下来，我们需要选择合适的工艺来制备基于石墨烯的压力传感器。

目前，常用的制备石墨烯薄膜的方法有机械剥离法、化学气相沉积法和化学剥离法等。

其中，化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜具有较高的质量和较大的尺寸，适合用于制备微纳米尺寸的传感器结构。

在制备微纳米结构时，可以采用光刻、电子束曝光和离子束刻蚀等工艺来定义结构的形状和尺寸。

此外，还可以利用金属蒸发、溅射和电子束蒸发等工艺在石墨烯薄膜上制备电极，以便进行电性能测试和信号读取。

最后，我们需要对制备的压力传感器进行测试和性能评估。

可以利用压力控制系统在不同压力下对传感器进行测试，通过测量传感器输出的电信号来确定其灵敏度和线性度。

同时，还可以对传感器的稳定性、耐久性和温度特性进行评估。

综上所述，基于石墨烯的MEMS压力传感器具有极高的灵敏度和稳定性，可以广泛应用于汽车、航空航天、医疗和工业等领域。

通过合理的设计和优化工艺，可以进一步提高传感器的性能，并拓展其在更多领域的应用。

本文的研究对于推动石墨烯在MEMS领域的应用具有重要意义。

可获得最佳的总保留率和填料保留率，并且浆料滤水的速度最慢；单独加填钛白粉保留率最低，滤水速度最快。

4.2三种加填工艺中打浆时加填钛白粉和Na OH可使成纸不透明度提高5%，并且能提高纸页紧度和抗张强度。

4.3结合实际生产运行情况，在不影响纸机运行和纸页外观的前提下，三种加填工艺中，打浆时加填钛白粉（不加N a O H）是提高圣经纸不透明度，降低生产成本的最佳加填工艺。

参考文献[1]薛顺兰,贾国雁.P、M填料提高字典纸不透明度的实验[J].造纸化学品,2007,19(2):39-41.[2]胡桂春,邢洁芳,蔡永平,等.圣经纸性能与颜色复制的关系[J].包装工程,2011,32(7):85-88.[3]乔文峰.钛白粉用作浆内加填的生产实践[J].纸和造纸,2005 (2):21-22.表3 纸机小试成纸物理指标的对比定量/(g/m 2)厚度/μm 紧度/(g/cm 3)抗张强度/(kN/m)灰分/%纸中钛白粉含量/%白度/%不透明度/%试样名称28.3340.831.7114.83.388.875.2打浆时加填钛白粉28.6340.841.6814.93.588.675.5打浆时加填钛白粉和NaOH 28.5350.811.6015.02.589.073.7单独加填钛白粉[收稿日期:2017-05-30]图6 冲浆池累积泡沫的情况生产实践pRoDUcTion石墨烯纸基压力传感器研究取得重要进展● 技术信息 ●本刊讯（钟华 报道) 不久前，清华大学微纳电子系任天令教授团队在《美国化学学会²纳米》（ACS Nano）上发表了题为《用于动作探测的石墨烯纸基压力传感器》（Graphene-Paper Pressure Sensor for Detecting Human Motions）的研究论文，实现了石墨烯纸基压力传感器灵敏度的进一步提升，此项成果对于柔性智能可穿戴传感器的发展具有重大意义。

石墨烯纸基压力传感器结构示意图如图1。

基于石墨烯的光纤传感器的研究进展石墨烯是一种具有独特物理和化学特性的二维材料，被广泛应用于光电子、能源存储和传感器等领域。

在光纤传感器中，石墨烯的高导电性、高灵敏度和大表面积等特点使其成为一种理想的传感材料。

在过去几年中，石墨烯光纤传感器的研究取得了重要进展。

首先，石墨烯光纤传感器具有高灵敏度。

石墨烯具有极高的电子迁移率和较宽的能带间隙，使其能够以很高的灵敏度检测微小的光信号。

石墨烯光纤传感器可以实现对微弱光信号的快速检测和灵敏度增强，这对于光学传感器的提高是非常重要的。

其次，石墨烯光纤传感器具有快速响应速度。

由于石墨烯的特殊物理和化学特性，其电荷载流子的迁移速度和复合速度较快，使得石墨烯光纤传感器能够快速检测到光信号的变化。

这种快速响应和恢复的特性使得石墨烯光纤传感器在高速信号传输和快速检测中具有巨大的潜力。

此外，石墨烯光纤传感器还具有大表面积。

由于石墨烯是一种二维材料，具有单原子层的厚度，因此具有非常大的表面积。

石墨烯光纤传感器可以通过在石墨烯表面修饰纳米颗粒或分子，实现对不同物质的高灵敏度检测。

这使得石墨烯光纤传感器具有广泛的应用前景，可以用于检测环境污染、化学物质和生物分子等。

近年来，石墨烯光纤传感器的研究已经取得了一些重要进展。

例如，研究人员已经成功制备了基于石墨烯的光纤传感器，并通过控制石墨烯的尺寸和形状，改善了其灵敏度和选择性。

此外，石墨烯光纤传感器还可以通过改变石墨烯的电荷性质来实现对光信号的调控，提高了传感器的性能。

然而，石墨烯光纤传感器仍然面临一些挑战。

首先，制备高质量的石墨烯仍然是一个难题，限制了石墨烯光纤传感器的大规模应用。

其次，石墨烯光纤传感器的稳定性和重复性有待进一步提高，以满足实际应用的需求。

此外，石墨烯光纤传感器的集成和可扩展性问题也需要进一步探索。

尽管如此，石墨烯光纤传感器作为一种新型的传感器技术，在光学传感领域具有巨大的应用前景。

随着石墨烯制备和性能调控技术的不断发展，相信石墨烯光纤传感器将在环境监测、生物医学和光通信等领域取得更大的突破和应用。

摘要摘要本文以十字交叉型的铜网作为化学气相沉积（CVD）法生长石墨烯的基底，制备得到高灵敏度的石墨烯网，组装了一种结构简单、成本低廉的网状石墨烯（GWFs）应变传感器，能够采集和识别出不同拉伸程度的人体运动信号。

当对应变传感器施加压力，网状石墨烯中产生高密度的裂纹，导致电流通道减少而电阻增大。

由于这种特殊的十字型结构，网状石墨烯拥有着极高的灵敏系数，在应变为2-6%时，可达103；当应变大于7%时，约为106；当应变为0.2%时，约为35。

这种网状石墨烯传感器件可在微弱形变（0.2%）产生明显可检测的电阻变化，亦可监测微弱人体运动，包括呼吸、面部表情变化、眨眼、脉搏等。

同时，这类器件具有良好的可穿戴和生物兼容性。

论文中也制备了一种可穿戴的高精度的基于十字交叉型结构的石墨烯声音收集与识别器件。

这种器件可以作为拉伸应变传感器用于测试人类发声时喉咙部位的肌肉运动，从而记录声音信号。

本文中展示了网状石墨烯传感器明显识别26个英文字母、单词及句子，中文汉字及音调、词组等。

这种石墨烯网识别器也可用于音频识别，包括歌曲、录音及动物鸣叫声。

这种基于网状石墨烯的声音识别传感器有望应用于更为复杂的声音数据的收集与分析处理中。

关键词：石墨烯网；应变传感器；肌肉运动测试；发声识别IIAbstractABSTRACTIn this work, a simple-structured and low-cost graphene woven fabrics (GWFs) strain sensor has been fabricated to readily distinguish various strain levels of human motion signals. When a stress is applied on the strain sensor, high-density cracks appear in the GWFs network and cause the decrease of the current pathway and the increase of the resistance. Such GWFs possesse an extremely high gauge factor, ~103 under 2~6% strains, 106 under higher strains (>7%), and 35 under tiny strain of 0.2% due to this special crisscross configuration. Such sensors can umbiguously detect the signals of any weak muscle motions, including breathing, expression changes, blink, and pulse. On the other hand, this sensor could endure a large deformation of 30% with the completely reversible electrical property. In additon, the device is wearable and has excellent biomedical compatiblility.A wearable and highly sensitive sensor has been also fabricated from thin film of special crisscross graphene woven structures for sound signal acquisition and recognition. This strain sensors placed on human throat are able to record one’s words through the muscle movement no matter the sounds are made or not. The realization of fast and low frequency sampling of speech by extracting the signature characteristics of sound waves has been achieved due to the ultra-high sensitivity of the sensor. The representative signals of 26 English letters, typical Chinese characters and tones, even phrases and sentences, are recognized by obvious characteristic resistance changes. This graphene sensor will be able to deal with complex acoustic systems and large quantities of audio data based on the combination of artificial intelligence with digital signal processing.Key Words: graphene woven fabric; strain sensors; human motion detection; voice recognitionIII目录目录第1章引言 (1)1.1 传感器 (1)1.1.1 传感器的类型 (2)1.1.2 电感式传感器 (2)1.1.3 电容式传感器 (3)1.1.4 压电式传感器 (4)1.1.5 磁电式传感器 (5)1.1.6 应变式传感器 (7)1.2 应变型传感器的医学领域上的应用 (8)1.2.1 应变传感器在身体运动及生理特征的监测 (8)1.3 石墨烯 (11)1.3.1 石墨烯 (11)1.3.2 石墨烯网 (12)1.4 研究内容与目标 (14)1.4.1 研究内容 (14)1.4.2 研究目标 (14)第2章石墨烯网的制备、结构表征及传感器件的制备 (15)2.1 石墨烯制备的常用方法 (15)2.2 石墨烯网的制备及表征 (16)2.2.1 石墨烯网的制备 (16)2.2.2 石墨烯网的表征 (18)2.3 石墨烯网肤感器件组装 (20)2.4 主要实验材料与检测仪器 (20)第3章基于网状石墨烯的超灵敏肌肉运动传感器 (22)3.1 前言 (22)V目录3.2 基于石墨烯网的肌肉运动传感器的基本性能表征 (22)3.3 对手伸展握紧的信号测试 (23)3.4 对面部表情与眨眼的信号测试 (24)3.5 运动前后的呼吸与脉搏的信号测试 (24)3.6 本章小结 (25)第4章基于网状石墨烯的声音收集与识别传感器 (26)4.1 前言 (26)4.2 发声识别测试 (26)4.3 英文字母的识别 (27)4.4 不同个体的发声识别 (27)4.5 英文词组的识别 (29)4.6 中文汉字的识别 (30)4.7 音频录音的识别 (31)4.8 动物音频的识别 (32)4.9 数据库的建立对语音的识别 (33)4.10 本章小结 (33)第5章结论与展望 (35)5.1 结论 (35)5.2 展望 (35)致谢 (37)相关媒体报道 (38)参考文献 (40)攻读学位期间的研究成果 (44)VI第1章引言第1章引言1.1 传感器随着科学技术的迅速发展，人类进入了日新月异的信息社会。

摘要石墨烯复合材料用于电化学传感器的研究摘要凭借高灵敏度，易操作，低成本，响应快速等优势，电化学传感器已发展成为应用最为广泛的分析工具。

工作电极作为电化学传感器的核心部件，往往决定着传感器的传感性能。

因此，开发新型电极修饰材料，提高传感器的灵敏度、重现性和选择性始终是这一领域的研究课题。

石墨烯具有大的比表面积、优异的导电性、超高的机械强度以及超好的透光性，这些杰出的性质使其在诸多研究领域中展现出良好的发展趋势。

此外，石墨烯是一种非常理想的基体材料，其独具的优异性能为石墨烯基复合材料的研究和开发提供了契机。

金属纳米材料结合了金属优异的性质及纳米材料的特点，展现了良好的导电性与电催化性。

将金属纳米材料和石墨烯相结合，可以制备出种类多样、结构丰富的复合材料。

以此复合材料构建电化学传感器，有望提高传感器的响应信号，从而获得较高的灵敏度。

另一方面，金属-有机框架材料（MOFs）具有超大比表面积以及尺寸可控的多孔结构，体现出与分子筛材料相类似的尺寸选择性以及对特定分子的吸附性。

利用这个优势，将MOFs和石墨烯进行复合，不仅能够有效改善MOFs的稳定性和导电性，而且可以获得具有较高灵敏度和选择性的电化学传感器。

基于以上分析，本文旨在构筑性能优异的电化学传感器，从石墨烯-金属纳米复合材料和石墨烯-MOFs复合材料两方向出发，充分利用各组分的优势，开展了以下研究工作；1. 以氧化石墨烯和氯金酸水溶液为原料，硫酸为促进剂，通过水热条件一步合成三维褶皱石墨烯-金纳米粒子复合物（t-GR-Au），用以构建多巴胺的电化学传感器。

结果显示，t-GR-Au充分发挥了t-GR的比表面积大和导电性好，以及Au的催化能力强的特点。

与传统二维平面结构的GR-Au修饰电极相比，t-GR-Au修饰电极对多巴胺展现了更高的电化学响应。

此传感器能够在人体血清及尿样中实现对多巴胺的灵敏检测。

2. 利用水热合成法以及改性的银镜反应，制备了具有高度暴露的活性边界位点的花瓣型石墨烯-银纳米粒子（p-GR-Ag）复合物，并将其应用于甲硝唑的电化学检测。

石墨烯在传感器中的应用研究石墨烯是近年来备受瞩目的一种材料，其独特的物理和化学性质使其在各个领域展现出巨大的潜力。

其中，石墨烯在传感器中的应用研究引起了人们的广泛关注。

本文将探讨石墨烯在传感器中的应用，并分析其优势和挑战。

石墨烯是由碳原子组成的二维薄膜，具有高导电性、高可弯曲性和高表面积等特点。

这些特性使得石墨烯成为传感器领域的理想材料。

首先，石墨烯的高导电性能使得其能够灵敏地检测微小的电信号。

与传统材料相比，石墨烯传感器的灵敏度更高，能够更精确地感知并测量环境中的各种参数。

其次，石墨烯的高可弯曲性使得其能够适应复杂的形状，从而广泛应用于柔性传感器。

柔性传感器可以实时监测并测量身体的变化，促进医疗诊断和健康监测的发展。

最后，石墨烯的高表面积能够提高传感器的灵敏度和稳定性，使其能够更好地适应各种环境。

然而，石墨烯在传感器中的应用还面临一些挑战。

首先，石墨烯的大量制备仍然是一个难题。

目前，虽然已有许多制备石墨烯的方法，但在实际应用中仍存在一些问题，如生产工艺复杂、成本较高等。

其次，石墨烯的稳定性也是一个需要解决的问题。

由于石墨烯的二维结构易于受到外界环境的影响，如氧气、水分等，导致石墨烯的性能表现不稳定。

如果无法解决这些问题，将会影响石墨烯传感器的应用前景。

为了解决这些挑战，科学家们正在进行广泛的研究。

一方面，他们致力于开发更简单、高效和可扩展的石墨烯制备方法。

例如，化学气相沉积、机械去氧化法等方法可以大量制备高质量的石墨烯，为其应用提供更多可能性。

另一方面，科学家们还在探索各种方法来提高石墨烯传感器的稳定性。

例如，引入保护层、改变制备条件等手段可以降低石墨烯的氧化速度，从而提高传感器的性能和稳定性。

石墨烯在传感器领域的应用前景广阔。

除了上述提到的电子传感器和柔性传感器外，石墨烯还可以应用于光学传感器、化学传感器等领域。

例如，石墨烯可以作为光学传感器中的表面增强拉曼散射基底，提高传感器的灵敏度和探测限。

石墨烯材料在生物传感器领域的应用研究生物传感技术近年来逐渐成为了生物医学领域中重要的研究方向之一。

相较于传统的检测方法，生物传感技术具有快速、准确、灵敏、实时、便携等优点，并且可广泛应用于疾病诊断、药物开发、食品安全等领域。

其中，生物传感器作为生物传感技术的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到生物传感技术的发展和应用。

因此，研究和开发新型的生物传感器成为了当前生物医学领域中的研究热点之一。

石墨烯作为新型的纳米材料，因其优异的电导性、电化学特性和生物相容性等独特性能，成为了生物传感器领域中备受关注的研究对象。

该材料的特殊结构和性质使其能够应用于生物传感器的制备和应用中，具有极大的潜力。

比如，石墨烯材料可以作为基础层，用于搭建各种生物传感膜层；它具有极高的电化学灵敏度和检测限，可以用于检测微生物、DNA、蛋白质等生物大分子；其特殊的化学性能可以帮助实现高通量传感、实时监测和非侵入式监测等多种传感需求。

因此，石墨烯在生物传感器领域中的应用前景非常广阔。

一、石墨烯生物传感器的制备方法目前，石墨烯生物传感器的制备方法主要有化学气相沉积、机械剥离法、溶胶-凝胶法、电化学还原法等。

其中，机械剥离法是较为常见的一种制备方法。

其原理是将机械剥离法制备的石墨烯层沉积在衬底上，并通过各种手段将目标分子固定在石墨烯层上，利用石墨烯对不同目标分子的特异性识别能力，实现目标分子的检测。

不过，这一方法制备的石墨烯生物传感器存在着一些局限性，如制备过程需要较高的成本和技术条件，同时无法实现针对不同目标分子的高通量检测和实时监测等需求。

因此，当前研究主要集中在采用可控的化学还原法制备石墨烯生物传感器。

二、石墨烯生物传感器的应用研究石墨烯生物传感器的应用研究涉及到多个方面，从微生物检测、疾病诊断到药物筛选等应用领域，均有广泛的应用前景。

以微生物检测为例，石墨烯生物传感器可以通过识别特定的微生物分子，并反应出微生物的浓度及其质量分数，对于疾病的诊断、饮食安全等领域具有重要意义。