[發(fā)明專利]石墨烯系多模態(tài)傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110384316.5
• 申請日: 2016-10-07
• 公開（公告）號: CN113176247A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·扎雷特西;D·J·利波米;A·舍甫琴科;E·莫洛肯瓦;M·梅科拉
• 申請（專利權(quán)）人: 加利福尼亞大學校董會
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N27/04;G01B7/16;C23C16/56;C23C16/26;C23C16/02;C23C16/01;C23C14/30;C23C14/18;C23C14/04;C23C14/02;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

一種復合膜結(jié)構(gòu)體的制作方法，所述方法包括確定用于復合膜結(jié)構(gòu)體的金屬層的期望的形態(tài)；基于上述確定選擇第一金屬基材；將石墨烯層轉(zhuǎn)移至第一金屬基材上；將金屬層沉積在石墨烯層上以實現(xiàn)所述期望的形態(tài)；和從石墨烯和沉積的金屬層移除第一金屬基材從而形成復合膜結(jié)構(gòu)體。第一金屬基材和沉積的金屬層之間的表面能差導致金屬層的期望的形態(tài)。

本申請是申請日為2016年10月7日、申請?zhí)枮?016800718103、發(fā)明名稱為“石墨烯系多模態(tài)傳感器”的中國專利申請的分案申請。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2015年10月7日提交的題為“Graphene-based Multi-Modal Sensors(石墨烯系多模態(tài)傳感器)”的美國臨時專利申請No.62/238,489；和2015年10月7日提交的題為“Graphene-based Multi-Modal Sensors(石墨烯系多模態(tài)傳感器)”的美國臨時專利申請No.62/238,495的優(yōu)先權(quán)日的權(quán)益。這些臨時申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器。

背景技術(shù)

石墨烯有數(shù)個吸引人的特性。它與金屬膜相比是柔軟的且是可拉伸的，它是導電的、透明的，可經(jīng)受大面積生長并轉(zhuǎn)移至許多基材上，并且其晶粒可以延伸至達到1cm的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容

該公開的多模態(tài)傳感器可以對機械刺激(拉伸、壓縮應變)產(chǎn)生電響應，以及用作表面增強拉曼散射(SERS)基底，從而通過拉曼光譜評價局部化學環(huán)境。

本文公開的傳感器和方法涉及具有空前的高靈敏度(在1％應變下的儀表靈敏系數(shù)(gauge factor)～700)，可用的范圍為0.001％應變至高于10％應變，和良好的循環(huán)性的應變傳感器。

該公開的傳感器和方法還包括沉積在光纖的前端的負載石墨烯的SERS基底，其使得可以遠程操作拉曼傳感應用。

本文公開的系統(tǒng)和方法提供使用機械應變傳感器測量心肌細胞收縮的第一示范。通過在傳感器基底上培養(yǎng)心肌細胞，可以使用本文公開的傳感器和方法記錄和分析自發(fā)的和受刺激的心肌細胞收縮。本文公開的應變傳感器也可以用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(土木工程、航空學)、生物計量學獲取(心率、運動檢測)、地下水污染測試、體內(nèi)生物化學分析(光纖導管插入術(shù))、和藥物發(fā)現(xiàn)(新型藥物篩查、心臟毒性研究)。

在一個方面中，一種復合膜結(jié)構(gòu)體的制作方法，所述方法包括，確定用于復合膜結(jié)構(gòu)體的金屬層的期望的形態(tài)；基于所述確定選擇第一金屬基材；將石墨烯層轉(zhuǎn)移至第一金屬基材上；將金屬層沉積在石墨烯層上以實現(xiàn)所述期望的形態(tài)；和從石墨烯和沉積的金屬層移除第一金屬基材從而形成復合膜結(jié)構(gòu)體。第一金屬基材和沉積的金屬層之間的表面能差導致金屬層的期望的形態(tài)。

該實施方式可包括一個或多個以下特征。所述期望的形態(tài)可包括納米島。金屬層中的納米島的邊緣之間的距離可為分子尺寸的級別。沉積金屬層可包括蒸發(fā)的金屬原子流的沉積。蒸發(fā)的金屬原子流可自組裝而產(chǎn)生所述期望的形態(tài)。蒸發(fā)的金屬原子流可通過電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或濺射而產(chǎn)生。將石墨烯層轉(zhuǎn)移至第一金屬基材上可包括，將第二金屬基材上生長的石墨烯層剝落并且將石墨烯層置于第一金屬基材上。石墨烯層可包括單層石墨烯?？梢允褂没瘜W氣相沉積法在第二金屬基材上生長石墨烯層。第一金屬基材可包括過渡金屬。過渡金屬可包括金、銀或鎳。

該實施方式可包括一個或多個以下特征。一種用于表面增強拉曼散射的基底的形成方法，所述方法可包括：將石墨烯層沉積在第一金屬基材上；將多個金屬納米島沉積在石墨烯層上；從石墨烯層和沉積的多個金屬納米島移除第一金屬基材從而形成用于表面增強拉曼散射的基底。一種進行分析物的表面增強拉曼散射的方法，所述方法可包括：形成用于表面增強拉曼散射的基底；將基底轉(zhuǎn)移到光纖上；將分析物涂覆在基底上；和記錄來自分析物的表面增強拉曼散射信號。多個金屬納米島可包括等離子體激元活性金屬。等離子體激元活性金屬可包括銅、銀、鈀、金或鉑納米島。