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碳纳米管(CNTs)作为一种理想的一维纳米材料,由于其具有丰富的空隙结构、大的比表面积和很高的表面能,在传感器领域具有广阔的应用前景。研究表明碳纳米管吸附生物分子具有良好的生物相容性和较快电子传递速率,因而是一种潜在的生物传感器材料。论文主要开展了碳纳米管酸处理对其电学性能和光学性能的影响,重点研究了碳纳米管吸附甘氨酸和胆固醇对其电学性能和光学性能的影响。
本论文采用催化热解二甲苯的方法制备出多壁碳纳米管。对混酸(浓硫酸和浓硝酸体积比为3:1)处理的碳纳米管进行扫描电镜、透射电镜、傅立叶红外光谱和拉曼光谱分析和表征,结果发现经过混酸处理后的碳纳米管的端头被打开,长度被切断,并接上了羧基等官能团,成为羧基修饰的碳纳米管。以磁控贱射的方法在玻璃基底上制作叉指银电极,使用丝网印刷的方法在玻璃基底上将碳纳米管制备成膜。通过伏安特性曲线和四探针实验法,分别对混酸处理前后碳纳米管膜电阻进行了测试,结果显示混酸处理后膜电阻变大。在空气氛围下,对混酸处理前后碳纳米管膜电阻随存放时间变化关系进行了实验。结果显示,膜电阻在开始阶段迅速升高,随着时间的增加,上升趋势变缓,呈现出先升后降的现象,最后趋于稳定。
通过测试室温下吸附甘氨酸前后碳纳米管膜伏安特性曲线和体积电阻率,发现吸附过甘氨酸后,碳纳米管的导电能力增加,且增加的幅度与甘氨酸的浓度有关。对碳纳米管吸附甘氨酸后电性能的变化机理和甘氨酸的生物性能进行了一些初步的探讨。对吸附甘氨酸前后碳纳米管膜进行拉曼光谱表征,显示在吸附甘氨酸之前碳纳米管的I<,D>/I<,G>=0.6804,而在吸附甘氨酸之后碳纳米管的I<,D>/I<,G>=0.8958,后者为前者的1.33倍。D带和G带都发生了不同程度的频移,反映吸附甘氨酸之后碳纳米管缺陷增多。试验结果预示碳纳米管是一种良好的室温下检测甘氨酸的敏感材料。
以同样的方法测试了在室温下吸附胆固醇前后碳纳米管膜伏安特性曲线和电阻率,发现吸附了胆固醇后碳纳米管的导电能力减弱,且减弱的幅度与胆固醇的浓度有关。对吸附胆固醇前后碳纳米管膜进行拉曼光谱表征:由于碳纳米管的结构缺陷及由于结构缺陷在管壁上吸附的胆固醇产生的缺陷使得拉曼信息发生变化。