化学分散法制备单层石墨烯及其场效应晶体管性能研究

本项目拟以芳香类化合物为分散剂，采用化学分散的方法制备单层石墨烯，研究芳香化合物结构和分散条件对石墨烯片大小、层数、石墨烯电子结构等的影响规律；利用得到的石墨烯制备场效应晶体管，详细研究芳香化合物结构、电极键接类型、电极结构等因素对石墨烯场效应晶体管电学性能的影响规律，并探索其在纳米传感器领域的电子识别性能。该方法的实现对于解决单层石墨烯制备效率低、工艺复杂、不利于大规模应用等问题有重要意义，更重要的是芳香族化合物将有利于改变石墨烯的电子结构，为探索提高石墨烯场效应晶体管的电学性能提供研究思路，并推动石墨烯场效应晶体管在纳米传感器领域的应用。

石墨烯（Graphene）是由单层碳原子以sp2杂化轨道紧密堆积而成的蜂窝状二维原子晶体，其独特的电性能、机械特性、大的比表面积使其在场效应晶体管、生物传感、透明导电薄膜、纳米复合材料、储能材料等领域引起人们的广泛关注。本项目围绕石墨烯的合成、器件的构建和纳米电子生物传感进行了一些的科学研究，并取得了一系列的研究成果。具体成果包括：（1）在芳香化合物存在下，化学超声剥离的方法制备石墨烯薄膜，研究了各种芳香化合物结构和分散条件对石墨烯层数和结构的影响；（2）深入研究了不同结构芳香化合物参杂对石墨烯拉曼光谱的影响规律；（3）在芳香化合物存在下化学还原氧化石墨烯得到稳定的石墨烯水溶液，构建石墨烯场效应晶体管并进一步探索了高温还原条件对石墨烯结构和器件迁移率的影响规律；（4）构建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；（5）以铜箔为衬底、乙醇为碳源，常压下化学气相沉积合成大面积、高质量的石墨烯薄膜，构建了液体栅极的石墨烯场效应晶体管并实现了对DNA、葡萄糖、大肠杆菌等的高灵敏、高选择性电子识别；（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。在本项目资助下共发表标注基金号SCI收录论文25篇（影响因子大于5.0的14篇），专著一部（一个章节），申请发明专利6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。