碳纳米管在生物医学传感器中的应用

从碳纳米管结构、电学性质及碳纳米管修饰电极出发，综述了碳纳米管在生物医学压力传感器、生物医学气体传感器、生物医学葡萄糖传感器中的应用，并对碳纳米管在生物医学传感器领域中的进一步应用需要解决的问题进行了概括．     

功能性碳纳米管在食品与生物医学领域的应用研究进展

碳纳米管是一种新型纳米材料,因具有性能稳定、易被修饰和可进入细胞等特性,被广泛应用于食品与生物医学领域。研究表明,原始碳纳米管分散性较差,并且具有一定的毒性,对其进行功能化修饰可以改善其在溶液中的分散性。此外,随着研究的深入,碳纳米管的生物相容问题也日益受到关注。简要叙述了碳纳米管的基本结构和性能,着重强调了其在食品(如农兽药残留检测、食品添加剂检测、微生物检测、转基因食品检测等)与生物医学(如生物传感器、药物转运载体、肿瘤治疗、生物成像、生物支架等)领域的应用研究进展,并对所存在的生物相容问题进行了探讨,提出了解决的可能途径。最后,展望了碳纳米管在食品与生物医学领域的发展趋势。     

甲苯胺蓝—碳纳米管复合光敏剂的合成及其表征

采用回流法合成甲苯胺蓝—碳纳米管复合光敏剂,并通过红外吸收光谱、可见光吸收光谱、拉曼光谱和透射电镜对所合成的复合光敏剂进行分析表征。结果表明,甲苯胺蓝较好地复合到碳纳米管上,复合光敏剂在可见光波段的吸收峰位于607nm处,拉曼光谱表明甲苯胺蓝和碳管之间存在电荷交换。本研究为碳纳米管在生物医学的应用提供实验依据。     

纳米电子器件的研究进展与军事应用前景

首先,分析了纳米电子器件碳纳米管、单电子晶体管的结构特点及其应用;然后,指出了碳纳米管、单电子晶体管应用中有待解决的问题;最后,综合阐述了纳米电子学的纳米技术在军事及航天领域中的应用前景。     

碳纳米管能级的简单计算

自从1991年Iijima发现碳纳米管(简写为CNTs)以来,碳纳米管以其独特的结构和性能引起广泛关注.碳纳米管由于其独特的结构而具有许多优异的性能,除了在显示器、半导体器件、储氢、传感器、吸附材料、电池电极、催化剂载体等领域具有非常广阔和诱人的应用前景外,在制备结构、功能以及结构/功能一体化复合材料方面也将大有作为.本论文采用Materials Studio计算软件,根据密度泛函理论(DFT-GGA),简单的研究不同半径的碳纳米管的能级的变化,并选择平移矢量为(8,0),半径为6.26的碳纳米管的禁带宽度,并对其进行优化.     

多壁碳纳米管/金属异质结的热电效应和红外光电效应

在无序多壁碳纳米管(MWCNT)压片的上表面涂敷金属薄层,构成“无序多壁碳纳米管/金属”异质结.通过实验测试,详细研究了该异质结的热电效应和红外光电效应.作为参比实验,同时对前期设计的“有序多壁碳纳米管/金属”异质结的热电效应和红外光电效应进行了同样测量.结果表明:在两种异质结中,其热致电流和红外光致电流都具有相同的流向.当采用CO2激光(λ=10.6μm)辐照异质结时,“无序多壁碳纳米管/金属”异质结的光致电流强度与光功率呈非线性关系,而在“有序多壁碳纳米管/金属”异质结器件中,光致电流强度与光功率几乎是线性相关的.对于两种异质结,其红外光致电流响应曲线均具有两个特征时间,说明红外光电效应中包含光响应和热响应两种物理过程.此外,基于热电效应和红外光电效应,设计并构建了红外光电传感器和热电传感器原型,为拓展“多壁碳纳米管/金属”异质结的应用奠定了实验基础.     

碳纳米管的场致发射研究进展

碳纳米管的研制和应用是一门新兴的科学技术。碳纳米管薄膜机械强度高，化学稳定性好，并且有很低的发射场强阀值，较高的发射电流密度。碳纳米管阵列薄膜的这些特显示出其在场致发射应用中的良好前景。介绍了碳纳米管的几种产生工艺、碳纳米管在场致发射方面的研究和应用场景新动态，比较了不同生产工艺的优缺点及场致发射的特性，分析了碳纳米管用于场致发射存在的不足和发展前景。     

最小的纳米刷

美国科学家最近利用碳纳米管研制出世界上最小的刷子。它小到可以在比头发还细的毛细管中作画。这种材料比钢强韧30倍，密度只有钢的五分之一。在制作这把刷子的过程中，科学家将碳纳米管像牙刷或马桶刷的须那样整齐地排列在一个小棍上，棍子另一头则包上金，防止纳米管的生长。这种刷子在微电子和生物医学方面有广泛的应用前景。     

最小的纳米刷

美国科学家最近利用碳纳米管研制出世界上最小的刷子。它小到可以在比头发还细的毛细管中作画。这种材料比钢强韧30倍，密度只有钢的五分之一。在制作这把刷子的过程中，科学家将碳纳米管像牙刷或马桶刷的须那样整齐地排列在一个小棍上，棍子另一头则包上金，防止纳米管的生长。这种刷子在微电子和生物医学方面有广泛的应用前景。     

无酶过氧化氢电化学传感器材料的研究进展

综述了当前无酶过氧化氢电化学传感器的研究进展,重点介绍了各种无酶过氧化氢电化学传感器所使用的电极材料,主要包括:铂、银等贵金属纳米材料;铜、锰、钴及其氧化物等过渡金属纳米材料;各类合金基纳米材料;碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯等碳基纳米材料.分析了各类材料所构建的无酶过氧化氢电化学传感器检测性能,如测试电位、灵敏度、检测限、选择性等,总结了近5年来各类新型材料在此类传感器上的应用和各自特点,分析了各类传感器的检测原理,对这类传感器的进一步发展提出了相应的建议,指出发展具有更大比表面积、形貌特殊的纳米及其复合材料是提高检测性能的重要方向,同时,也对无酶过氧化氢传感器在商业化上应用可能性进行了展望.     

基于铂/碳纳米管修饰电极的甲醛传感器

在碳纳米管(CNTs)修饰的玻碳电极(GCE)上采用电化学沉积法制备了铂微粒/碳纳米管修饰电极(Pt/ CNTs/GCE),并以该修饰电极作为甲醛的电化学传感器,用循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)研究了甲醛在该电极上的电化学行为,优化了实验条件,在此基础上建立了一种测定甲醛的伏安分析方法.实验表明:在0.01 mol/L硫酸溶液中,富集电位为-0.1 V且富集时间为3 min时,甲醛的氧化峰电流与其浓度在8.0μmol/L～1.0 mmol/L呈良好的线性关系(r=0.996),检测限为3.0μmol/L(信噪比为3:1).所提出的测定甲醛的方法具有较高的灵敏度和较好的重现性。     

Piezoresistive response extraction for smart cement-based composites/sensors

A kind of piezoresistive response extraction method for smart cement-based composites/sensors was proposed.Two kinds of typical piezoresistive cement-based composites/sensors were fabricated by respectively adding carbon nanotubes and nickel powders as conductive fillers into cement paste or cement mortar.The variation in measured electrical resistance of such cement-based composites/sensors was explored without loading and under repeated compressive loading and impulsive loading.The experimental results indicate that the measured electrical resistance of piezoresistive cement-based composites/sensors exhibits a two-stage variation trend of fast increase and steady increase with measurement time without loading,and an irreversible increase after loading.This results from polarization caused by ionic conduction in these composites/sensors.After reaching a plateau,the measured electrical resistance can be divided into an electrical resistance part and an electrical capacity part.The piezoresistive responses of electrical resistance part in measured electrical resistance to loading can be extracted by eliminating the linear electrical capacity part in measured electrical resistance.     

金属粒子掺杂的多壁碳纳米管气敏性研究

分别利用化学还原和电化学镀覆方法,对经过浓硫酸浓硝酸混合液酸化预处理的多壁碳纳米管进行Pd和Cu的掺杂,并制备成电流型气敏传感器.以甲醛、苯、甲苯、二甲苯作为测试气体,通过电化学分析仪测试它们在不同气体种类和体积分数下的响应.实验结果表明,传感器在常温下具有较高的灵敏度和重复性,金属粒子的掺杂使传感器的灵敏性和选择性都有较大的改变.影响气敏特性的主要因素包括：碳纳米管自身的结构缺陷、气体分子与金属团簇的反应、金属粒子形成的局部催化活性中心.     

化学气相沉积法制备碳纳米管有序阵列

采用化学气相沉积法（CVD）在覆盖有催化剂薄膜的硅片表面直接制备出碳纳米管阵列,使用透射电镜（TEM）和场发射扫描电镜（FESEM）对其进行了检测,并探讨了实验条件对碳管形貌的影响。结果表明：所制备的碳管具有明显的取向性,能够形成致密有序的碳纳米管阵列;制备催化剂所用的硝酸铁溶液浓度为2mol／L时,最适宜碳管阵列的生长;匀胶机的转速提高,可减小催化剂颗粒直径,增强颗粒分散性,有利于碳管生长;碳纳米管的直径随反应温度的升高和时间的延长而增加,680℃为最佳反应温度;碳管生长模式为顶部生长和底部生长。     

Enhancing the crystalline degree of carbon nanotubes by acid treatment, air oxidization and heat treatment

Three approaches of treating carbon nanotubes (CNTs) including acid treatment, air oxidization and heat treatment at high temperature were studied to enhance the crystalline degree of carbon nanotubes. High temperature heat-treatment elevates the crystalline degree of carbon nanotubes. Acid treatment removes parts of amorphous carbonaceous matter through its oxidization effect.Air oxidization disperses carbon nanotubes and amorphous carbonaceous matter. The treatment of combining acid treatment with heat-treatment further elevates the crystalline degree of carbon nanotubes comparing with acid treatment or heat-treatment. The combination of the three treatments creates the thorough effects of enhancing the crystalline degree of carbon nanotubes.     

甲烷催化裂解制备碳纳米管过程中二氧化碳的影响

生物质发酵沼气含有高浓度CH₄,具有制备碳纳米管的潜力,但其中所含的大量CO₂对碳纳米管制备存在潜在影响. 研究了CH₄催化裂解制备碳纳米管过程中CO₂的影响,使用商用Ni基催化剂和水平管式炉装置开展碳纳米管制备试验,采用TPR、TPO、SEM、TEM等手段对催化剂和碳纳米管进行表征. 650 ℃时催化裂解效率最高,碳产物最大质量为催化剂质量的4倍,其中主要产物为多壁碳纳米管. CO₂对最佳催化裂解温度、催化裂解效率及多壁碳纳米管产量无显著影响,但CO₂的存在增加了碳纳米管内外径、长度和平滑度. 这可能是由于CH₄催化裂解产生无定形积碳,阻碍碳纳米管生长; 而CO₂与积碳反应清除积碳,促进了碳纳米管生长. 从CO₂的影响来看,沼气制备碳纳米管具有可行性.     

单分散单壁碳纳米管的制备

对电弧放电法合成的单壁碳纳米管样品进行硝酸氧化处理,经过离心分离后得到纯化的单壁碳纳米管。在超声波的作用下,向提纯后的样品中加入表面活性剂,制得单壁碳纳米管的分散体系。通过再一次的高速离心,将单壁碳纳米管管束和少量的石墨纳米粒子等杂质除去。UV-vis-NIR吸收光谱的研究表明,我们成功地制备了在水中分散的碳纳米管。     

催化分解制备纳米碳管的催化剂研究

对催化解解法制备纳米碳管的催化剂作了初步的探讨和研究,并对纳米碳管生物的影响朵理进行了分析。实验表明：载体的选择、催化剂的制备温度和反应气体的流量对纳米碳管生长有较大的影响,而制备的催化剂粒度越小,越有利于纳米碳管的生长;使用硅胶分散剂的催化剂与直接使用纳米金属颗粒催化剂相比,前者生成的纳 纯度较高,后者生成的是纳米碳管与纳米碳纤维的混合体;一定的后处理工艺可以纯化纳米碳管产物。因此,这是一种快速     

碳纳米管负载纳米硫化锌的制备与表征

利用微波辅助加热法,将表面功能化的多壁碳纳米管分散在乙二醇溶液中,并使醋酸锌与硫化钠在此溶液中反应,生成的纳米硫化锌粒子原位生长在碳纳米管的表面。生成的纳米硫化锌粒子密集分散在碳纳米管表面,粒子平均直径大约为1 nm。所生成的碳纳米管负载纳米硫化锌通过电子显微镜、X射线衍射分析,发现溶液中的碳纳米管不仅起到了负载基体的作用,而且在反应中改变了硫化锌的晶体结构。