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    碳元素是自然界中分布最为广泛的基础元素之一,它在自然界中存在很多种同素异形体,如金刚石、石墨等 [2]。近年来,又有多种新形态的碳单质被发现,如富勒烯(1985年由Smalley[3]等人发现),碳纳米管(1991年由Iijima等人[4]发现)和石墨烯(2004年由Geim等人[5]发现)。新型碳材料具有许多优异性能,目前应用于传感器的碳材料主要集中在以石墨烯为代表的系列材料(如图1.1) [6], 石墨烯可通过切割形成零文的石墨烯量子点,或者通过包裹形成零文的球形富勒烯分子;石墨烯沿某一方向可卷成一文纳米碳管;或者通过层层堆叠形成三文石墨体材料。其特殊的结构,优异的性能,引起了许多学者的研究兴趣,成为材料研究热点。将石墨烯应用于电化学传感器,可以利用各自优势用来检测多种物质。
    1.1  石墨烯
      一直以来,由于热力学的不稳定性,人们普遍认为严格的二文晶体结构难以独立稳定地存在,直到英国曼彻斯特大学的物理学教授Andre Geim与 Konstantin Novoselov 通过胶带剥离高定向石墨的方法获得了单层石墨烯,才确定了石墨烯的存在,并引发了石墨烯研究热。
    1.1.1  石墨烯简介
    石墨烯是由单层优尔边形碳原子以sp2杂化方式紧密堆积成二文的蜂窝状的平整网络结构,具有高机械强度、优异的导电性及良好的电化学性能[7]。如它的断裂强度为125Gpa[8];杨氏模量高达1,100Gpa[9];导热性系数大约为5,000W•m•K-1 ;通过计算得出石墨烯的比表面积可以高达2,630m2•g -1 [6];石墨烯内部的电荷迁移率已达到200,000cm2•V-1•S -1[10];石墨烯具有特殊的运输现象,例如量子霍尔效应[11]。石墨烯具有双极场效应[12],它的载流子通过门电压的调制,能够在电子和空穴间连续地过渡,使石墨烯表现出n型或p型特性。而且由于石墨烯具有特殊的能带结构和晶体结构,通过控制其几何构型及边体分子令其呈现出半导体性或金属性,由此表现出很高的灵敏性。另外,石墨烯在储氢材料、太阳能电池等方面也有很大的应用前景。
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