[发明专利]石墨烯系多模态传感器

说明书

一种复合膜结构体的制作方法，所述方法包括确定用于复合膜结构体的金属层的期望的形态；基于上述确定选择第一金属基材；将石墨烯层转移至第一金属基材上；将金属层沉积在石墨烯层上以实现所述期望的形态；和从石墨烯和沉积的金属层移除第一金属基材从而形成复合膜结构体。第一金属基材和沉积的金属层之间的表面能差导致金属层的期望的形态。

本申请是申请日为2016年10月7日、申请号为2016800718103、发明名称为“石墨烯系多模态传感器”的中国专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月7日提交的题为“Graphene-based Multi-Modal Sensors(石墨烯系多模态传感器)”的美国临时专利申请No.62/238,489；和2015年10月7日提交的题为“Graphene-based Multi-Modal Sensors(石墨烯系多模态传感器)”的美国临时专利申请No.62/238,495的优先权日的权益。这些临时申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及传感器。

背景技术

石墨烯有数个吸引人的特性。它与金属膜相比是柔软的且是可拉伸的，它是导电的、透明的，可经受大面积生长并转移至许多基材上，并且其晶粒可以延伸至达到1cm的尺寸。

发明内容

该公开的多模态传感器可以对机械刺激(拉伸、压缩应变)产生电响应，以及用作表面增强拉曼散射(SERS)基底，从而通过拉曼光谱评价局部化学环境。

本文公开的传感器和方法涉及具有空前的高灵敏度(在1％应变下的仪表灵敏系数(gauge factor)～700)，可用的范围为0.001％应变至高于10％应变，和良好的循环性的应变传感器。

该公开的传感器和方法还包括沉积在光纤的前端的负载石墨烯的SERS基底，其使得可以远程操作拉曼传感应用。

本文公开的系统和方法提供使用机械应变传感器测量心肌细胞收缩的第一示范。通过在传感器基底上培养心肌细胞，可以使用本文公开的传感器和方法记录和分析自发的和受刺激的心肌细胞收缩。本文公开的应变传感器也可以用于结构健康监测(土木工程、航空学)、生物计量学获取(心率、运动检测)、地下水污染测试、体内生物化学分析(光纤导管插入术)、和药物发现(新型药物筛查、心脏毒性研究)。

在一个方面中，一种复合膜结构体的制作方法，所述方法包括，确定用于复合膜结构体的金属层的期望的形态；基于所述确定选择第一金属基材；将石墨烯层转移至第一金属基材上；将金属层沉积在石墨烯层上以实现所述期望的形态；和从石墨烯和沉积的金属层移除第一金属基材从而形成复合膜结构体。第一金属基材和沉积的金属层之间的表面能差导致金属层的期望的形态。

该实施方式可包括一个或多个以下特征。所述期望的形态可包括纳米岛。金属层中的纳米岛的边缘之间的距离可为分子尺寸的级别。沉积金属层可包括蒸发的金属原子流的沉积。蒸发的金属原子流可自组装而产生所述期望的形态。蒸发的金属原子流可通过电子束蒸发、热蒸发或溅射而产生。将石墨烯层转移至第一金属基材上可包括，将第二金属基材上生长的石墨烯层剥落并且将石墨烯层置于第一金属基材上。石墨烯层可包括单层石墨烯。可以使用化学气相沉积法在第二金属基材上生长石墨烯层。第一金属基材可包括过渡金属。过渡金属可包括金、银或镍。

该实施方式可包括一个或多个以下特征。一种用于表面增强拉曼散射的基底的形成方法，所述方法可包括：将石墨烯层沉积在第一金属基材上；将多个金属纳米岛沉积在石墨烯层上；从石墨烯层和沉积的多个金属纳米岛移除第一金属基材从而形成用于表面增强拉曼散射的基底。一种进行分析物的表面增强拉曼散射的方法，所述方法可包括：形成用于表面增强拉曼散射的基底；将基底转移到光纤上；将分析物涂覆在基底上；和记录来自分析物的表面增强拉曼散射信号。多个金属纳米岛可包括等离子体激元活性金属。等离子体激元活性金属可包括铜、银、钯、金或铂纳米岛。