此外，它有效地取代了早期基于大型集成電路（IC）的傳感器，這些傳感器大多是帶有硅襯底或矩陣的半導(dǎo)體，以及沉積在其上的導(dǎo)電金屬納米顆粒，以形成連續(xù)的導(dǎo)電路徑。然而，原始石墨烯的零帶隙可調(diào)性使其不同于半導(dǎo)體。有幾種方法可以打開(kāi)多層石墨烯及其復(fù)合材料的帶隙。
多功能石墨烯和聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料的制備方法包括以下工藝步驟:
1.泡沫石墨烯成型:以一定尺寸的泡沫銅為模板,做成所需的泡沫石墨烯形狀,水平放入石英管中,通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在泡沫銅金屬模板上制備出泡沫石墨烯;
2.泡沫石墨烯轉(zhuǎn)移:將上面所制得的泡沫石墨烯用PDMS有機(jī)溶液包覆,放入石英管中抽真空,烘干后放入一定濃度的過(guò)硫酸銨——(NH4)2S2O8溶劑中將泡沫銅溶出,清洗,烘干后得到由PDMS包覆和固定的,透明導(dǎo)電的有孔三維泡沫石墨烯復(fù)合材料,再將PDMS有機(jī)溶劑填充進(jìn)泡沫石墨烯三維材料中,放入石英管中抽真空,烘干后可得到透明,導(dǎo)電,柔性可延展的無(wú)孔泡沫石墨烯復(fù)合材料。
柔性是可穿戴電子設(shè)備的另一個(gè)理想特性，可以通過(guò)加入聚合物來(lái)實(shí)現(xiàn)。聚合物如PDMS、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）和聚酰亞胺（PI）廣泛用于需要高柔性和機(jī)械性能的產(chǎn)品中。
此外，還有一些導(dǎo)電聚合物，例如聚苯胺（PANI）、聚乙炔（PA）、聚吡咯（PPy）和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS），它們需要極少量甚至不需要金屬納米顆粒來(lái)形成導(dǎo)電通路。在上述聚合物中，聚二甲基硅氧烷（PDMS）性質(zhì)相似，兩者都具有化學(xué)惰性、光學(xué)透明、疏水性，且大多具有生物相容性，因此PDMS與石墨烯形成復(fù)合材料的材料。此外，已知PDMS與納米填料形成強(qiáng)界面結(jié)合。這些復(fù)合材料可以為目前可用的健康手環(huán)、葡萄糖傳感器和智能手表增加新的維度，用于監(jiān)測(cè)人體生理狀態(tài)的響應(yīng)性和準(zhǔn)確性。
01、石墨烯的納米粉體
納米粉末形式的石墨烯保持了其優(yōu)異的離子承載能力。此外，粉末石墨烯可以在不破壞其導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的情況下，利用其襯底的高柔韌性進(jìn)行調(diào)節(jié)。激光誘導(dǎo)多功能石墨烯粉末可沉積在柔性PDMS/PI基底上，制成血糖傳感電化學(xué)傳感器。同樣，帶有石墨烯納米粉的超彈性波紋PDMS基板也用于柔性應(yīng)變傳感器。波紋PDMS基板在應(yīng)變下的拉伸和擠壓會(huì)影響石墨烯粉末網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電性。擠壓會(huì)增加電阻，而拉伸會(huì)降低電阻。
02、還原氧化石墨烯（rGO）
還原氧化石墨烯(rGO)比原始石墨烯便宜，但在相似特性上差別很小。使用rGO的優(yōu)勢(shì)在于其高比表面積，這在基于吸收的傳感應(yīng)用中至關(guān)重要。表面積越大，目標(biāo)化學(xué)品或氣體的吸收量越高。這將提高測(cè)量值的精確度、線性度和循環(huán)穩(wěn)定性。
此外，它還可以引入更多的二次傳感材料，從而增強(qiáng)其多功能化能力。使用沉積在碳納米管（CNT）和PDMS復(fù)合基底上的rGO涂層二氧化硅（SiO2）納米球、葡萄糖氧化物和Nafion溶液檢測(cè)汗液中的葡萄糖?；瘜W(xué)電阻氣體傳感器由rGO和氧化鋅（ZnO）納米棒制成。
03、石墨烯納米片（GNP）
石墨烯納米片GNP的尺寸小于一微米，平均密度在0.2到0.4 g/cm3之間。與石墨烯納米粉相比，GNP的尺寸更大，因此具有很高的穩(wěn)健性和重復(fù)性。GNP/聚己內(nèi)酯（PCL）混合物與PDMS掩蔽用于乙醇蒸汽的化學(xué)電阻檢測(cè)。GNPs、鉑納米顆粒（Pt NPs）和硅橡膠復(fù)合材料可用作聚合物電解質(zhì)膜燃料電池催化劑。
04、石墨烯量子點(diǎn)（GQD）
石墨烯量子點(diǎn)GQD是尺寸小于100nm的石墨烯納米顆粒?；贕QDs/PDMS的傳感器用于量化卵巢癌生物標(biāo)記物CA-125抗原。這些傳感器由帶有3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APTMS）功能化GQDs層的氨基修飾玻璃芯片組成，GQDs層使用化學(xué)發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移過(guò)程捕獲CA-125抗原的抗體。
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