황,,, 예여권 *
나노? 미니렛. (2020) 12: 157
Https://doi.org/10.1007/s40820-020-00496-0
이 문장 하이라이트
1. 레이저 유도 그래 핀의 제조 방법 및 엔지니어링 전략을 요약했다.
2. LIG 기반 센서를 개괄적으로 설명하고 설계 원리와 작동 메커니즘을 중점적으로 소개합니다.
3. 광 센서와 신호 전송의 통합 및 지능형 감지 시스템의 발전 전망에 대해 논의했습니다.
내용 소개
홍콩 도시대학교 화학과 엽여천 교수팀은 디자인 원리와 작업기리를 핵심으로 LIG 기술이 센서 응용에 있어서의 진전을 총결했다. 논문의 제 1 저자는 홍콩 도시대학교 화학과 박사생인 황 () 이다. 먼저 LIG 와 LIG 복합물의 제비 원리를 간략하게 소개했다. 형태와 구성의 조절, 물리 화학적 특성의 제어 등을 포함한다. 그런 다음 설계 원리와 작동 메커니즘 (특이성 결합과 비특이적 결합의 화학 센서, 압력 저항 효과에 기반한 기계 센서 등) 을 기반으로 합니다. ), LIG 센서가 요약됩니다. 마지막으로, 저자는 LIG 의 영향과 미래의 발전에 대해 토론했다.
그래픽 읽기 안내서
I LIG 준비 및 관련 기계적 성질
폴리이 미드 필름 등을 co 로 사용할 수 있습니까? 레이저는 마스크를 가리지 않고 그라핀으로 변환할 수 있으며, 컴퓨터 제어 소프트웨어를 통해 어떤 형태의 LIG 도 만들 수 있다. 준비 분위기, 전구체 및 레이저 매개변수 (레이저 스캔 속도, 작동 모드, 주파수 및 점당 펄스 수 포함) 를 변경하여 LIG 의 물리적 화학적 특성을 조절할 수 있습니다. 적외선 레이저 뿐만 아니라 가시광선 자외선 등 레이저도 성공적으로 LIG 를 준비할 수 있다. 적외선 레이저 준비 LIG 는 주로 광열 효과 때문입니다. 순간적인 고온은 전구체의 화학결합 파열과 복합성이며 기체의 발생과 함께 LIG 다공성이 높은 이유 중 하나다.
자외선 레이저의 경우, LIG 의 전환은 주로 광화학반응이다. 자외선파의 길이와 에너지가 높기 때문에 화학결합을 직접 끊을 수 있기 때문이다. 가시광선 레이저의 경우 광열 효과와 광화학 반응이 동시에 존재할 수 있습니다. 실크 스크린 인쇄, 3D 인쇄 및 리소그래피 기술에 비해 레이저 유도 그라핀 제조는 제조 공정이 간단하고, 비용이 저렴하며, 효율적이고, 친환경적인 독특한 장점을 보여줍니다. 전구체 (유기박막) 의 유연성과 LIG 가 기계적 성능과 확장성을 겸비한 기저로 쉽게 옮겨지기 때문에 LIG 는 센서, 특히 웨어러블 장비에 널리 사용되고 있다.
그림 1. (a)PI a) PI 를 LIG 의 다이어그램으로 변환합니다. (b)LIG 의 주사 전자 현미경 및 HRTEM 영상. 눈금은 10 미크론과 5 해리입니다. (다른 대기에서 LIG 의 접촉각. (d) 섬유 모양의 SEM 이미지.
그림 2. LIG 및 그 복합 재료의 기계적 성질. (a) 굽힘 상태의 붕소가 섞인 LIG. (B) 구부리기 반지름이 다른 LIG 콘덴서의 용량 유지율. (c-d) 다른 인장 강도에서 lig 수퍼 커패시터의 테스트. (e)LIG 와 시멘트의 혼합. (f) 경량 시멘트 복합 재료를 기반으로 한 가스 센서.
LIG 기반 화학 센서
화학센서는 식품안전, 수산양식, 식수의 오염물, 위험가스 배출업계 주변의 공기질, 포도당, 젖산, 도파민 등 대사물 검사에 광범위하게 사용된다. 화학 물질 검출의 작동 메커니즘은 일반적으로 자극으로 인한 저항, 용량, 전하 이동 저항 등 전기 신호의 변화에 의존한다. 이 화학 물질의 검출은 두 가지 범주로 나눌 수 있는데, 하나는 화학 물질과 LIG 표면의 특이성 결합에 기반을 두고 있고, 다른 하나는 비특이성 결합에 기반을 두고 있다.
2. 1 특정 결합 화학 센서
특이성이 결합된 화학 센서는 일반적으로 항체, 효소, 적당체와 같은 LIG 의 표면을 손질한다. 이 센서는 식별 요소와 목표 화학 물질 간의 정확한 결합으로 인해 일반적으로 특별한 감지 선택성을 나타냅니다. 식별 원소가 목표 화학 물질과 결합되면 전극 표면용량, 인터페이스 전송 저항 등의 신호가 변경되어 목표 화학 물질의 농도와 관련이 있다. 관련 전기 신호의 변화를 감지함으로써 해당 화학 물질의 농도를 추론할 수 있다.
그림 3. LIG 기반 특이성 결합 화학 센서의 제비 공예 및 감지 성능. 화학물질과 수정 LIG 사이의 특이성 결합 메커니즘을 이용하여 소분자에서 생물분자, 심지어 병원체 까지 다양한 물질을 검출하는 데 성공했다.
그림 4. 광화학 센서와 결합 된 다양한 특이성. (A) 트롬빈 센서, (B) 비스페놀 A 센서 및 (C) 효소 포도당 센서의 도식. (D) 대장균 O 157:H7 을 감지하는 AuNPs-LIG 기반 센서의 도식. (e) 대장균 센서의 나이퀴스트투. (f) 임피던스 응답 및 농도의 교정 곡선.
2.2 비특이적 결합 화학 센서
비특이적 결합 화학 센서도 화학 센서에서 중요한 역할을 하는데, 비특이적 결합 센서의 비용은 보통 이성 결합 센서보다 낮다. 화학산화 복원 반응과 물리적 성질은 비특이적으로 화학센서를 결합한 정보원이다.
2.2. 1 화학 산화 환원 반응
화학 산화 환원 반응은 일반적으로 용질이나 가스를 감지하는 데 사용됩니다. 검사는 질적이거나 정량적일 수 있다. 예를 들어, 분석물마다 산화 복원 전위가 다르기 때문에 산화 복원 전위의 식별은 서로 다른 분석물을 구분하는 데 도움이 됩니다. 동시에 산화 복원 반응과 관련된 전류 밀도는 분석물의 농도와 양의 상관 관계가 있다. 특정 전세 아래의 전류 밀도를 보정하여 분석물 농도에 대한 정보를 제공할 수 있습니다.
그림 5. 화학 산화 환원 반응에 기초한 포도당 센서. (a) 포도당 농도가 다른 전류 응답을 지속적으로 첨가한다. (b) 포도당 센서의 교정 곡선.
물리적 특징
저항, 열전도도, 전도율 또는 임피던스와 같이 테스트된 물체와 상호 작용하는 LIG 의 물리적 특성을 사용하여 해당 응답을 감지합니다. 예를 들어 용액 이온 농도가 증가함에 따라 인터페이스 전송 저항이 감소합니다. 이온 농도와 인터페이스 전송 저항의 관계를 구축함으로써 알 수 없는 용액의 이온 농도를 감지할 수 있다. 그러나 다른 이온도 비슷한 효과를 낼 수 있기 때문에, 이 검출 방법은 멀티그룹 용액의 농도 감지에는 적용되지 않는다.
그림 6. 내재적 및 외적 물리적 특성에 기반한 비특이적 결합 센서. (a) 저항 변화에 따른 수소 센서. 수소는 LIG 의 밴드 분석 (위) 과 LIG/Pd 에서의 수소의 촉매 반응 (아래) 에 작용한다. (b) 저항 반응과 h? 농도 관계. (C) 각종 기체의 열전도율에 대한 기체 센서에 대한 반응. (D) 구부리기 반지름이 7mm 인 가스 센서가 공기에 반응하는 정도입니다. 0 회 및 1000 회 굽힘 주기 후 가스 센서가 공기에 반응하는 모습을 보여줍니다. (e) 질산염 농도에 대한 질산염 센서의 반응. 그림은 용액에 담근 센서의 등가 회로를 보여줍니다. (f) 실제 온도와 측정 온도의 비교.
Iilig 기계 센서
기계 센서는 정교한 모션 감지, 수화 번역 및 로봇 스크래치에 널리 사용됩니다. LIG 기반 기계 센서는 일반적으로 압력 저항 효과를 기반으로 하며 인센티브로 인한 모양 변형으로 인한 저항 변화를 감지할 수 있습니다. LIG 가 신축, 구부리기, 진동 상태에 있을 때 저항이 변경됩니다. LIG 의 저항을 모니터링하고 기계 학습과 결합하여 장비의 물리적 상태를 확인할 수 있습니다. 동시에 심장 박동, 맥박 및 성대 진동으로 인한 LIG 저항의 시간 구분 변화를 기록하여 심박수를 감지하고 소리를 판별하는 데 사용할 수 있습니다.
그림 7. (a) 3D 인쇄 PEEK 기어를 LIG 의 프로세스 다이어그램으로 변환합니다. (b) Peeklig 지능형 구성 요소의 양방향 굽힘 스트레칭의 작동 메커니즘. (c) 적용된 변형에 따른 센서 저항의 변화. (d) 굽힘 응답 시간 및 복구 시간. (e) 기어 마모와 회로 저항 사이의 관계. 다음 그림은 스마트 기어의 세 가지 마모 정도를 보여줍니다. (I) 마모되지 않음, (II) 부분 마모 및 (III) 심각한 마모.
LIG 기반 기계 센서는 시간순으로 압력 저항 효과를 기록하여 하트 비트, 모션 및 사운드와 같은 다양한 신호를 실시간으로 감지하는 데 사용할 수 있습니다.
그림 8. 뇌전도, 심전도, 근전도 측정.
4 전망
LIG 합성 기술의 발전은 20 14 에서 LIG 를 발견한 이후 그라핀의 성능을 크게 향상시키고 응용 프로그램의 공통성을 높였습니다. 예를 들어 레이저 파장은 적외선에서 가시광선, 심지어 자외선까지 뻗어 LIG 구조의 공간 해상도를 12 로 높입니까? M .LIG 복합 재료의 제비 전략 (예: 제자리 개조성 및 제자리 개조성) 은 LIG 의 기계적 강도, 전도성 등 물리적 성능을 높이거나 기능성 재질을 추가하여 LIG 의 화학적 성능을 향상시킬 수 있습니다. LIG 기술의 저비용 및 단순 합성은 일련의 LIG 센서 개발을 촉진하여 산업 생산의 잠재적 후보 기술 중 하나로 자리매김했습니다.
감지 메커니즘의 합리적인 설계를 통해 각종 화학물질부터 소리, 운동, 온도 등 각종 자극이 성공적으로 감지됐다. LIG 의 높은 비 표면적 및 화학적 안정성 때문에 이러한 센서는 일반적으로 고감도와 안정성을 나타냅니다. 또한 LIG 의 높은 전도성은 자극 신호를 전기 신호로 변환하는 이상적인 센서로 만들었습니다. 원래 중합체로 만든 LIG 는 일반적으로 유연하며 엘라스토머나 시멘트와 같은 다른 베이스로 전송하여 탄성이나 강성을 부여하므로 LIG 를 착용 가능한 전자 장비 및 스마트 건물과 같은 다양한 장면에서 사용할 수 있습니다. LIG 센서의 발전은 이미 단일 감지 구성 요소에서 통합 시스템으로 발전했다. 무선 전송 및 마이크로컨트롤러 모듈을 사물 인터넷과 결합하여 테스트된 객체에 대한 실시간 연속 감지를 가능하게 합니다.
그래픽 및 인쇄 가능한 제조 기술인 LIG 기반 센서는 통합 소형화 장치 개발을 위한 새로운 방법을 열어줍니다. 그러나 LIG 기술은 실제 응용에서 여전히 어느 정도 진급할 여지가 있다. 예를 들어 LIG 레이어와 전구 사이의 결합 강도가 부족한 경우도 있습니다. 점성 중합체로 기능화하거나 LIG 를 엘라스토머로 옮기는 등 여러 가지 방법으로 피할 수 있지만 화학 물질 소비와 추가 제조 단계는 생산에 적합하지 않습니다. 일부 LIG 센서는 체내나 현장 테스트를 거치지 않아 실제 센서의 실현 가능성, 안정성 및 내구성을 반영하지 못할 수 있습니다. 그러나 환경의 간섭과 실험실 조건의 변화가 센서의 감도와 신뢰성에 영향을 줄 수 있기 때문에 이는 실제 응용에 매우 중요합니다. 그럼에도 불구하고 전 세계 연구원들의 공동 노력으로 다양한 센서에서의 LIG 의 다양성은 줄곧 만족스럽다. 앞으로의 발전에 따라 LIG 센서는 광범위한 응용에서 새로운 세계를 발견할 것이다.
저자 소개
엽여천
이 문장 기자는
홍콩 시립 대학교 조교수
주요 연구 분야
레이저 유도 그라핀 기술은 촉매, 물 처리, 에너지 변환 및 센서에 사용됩니다. 이산화탄소 복원과 물 분해 등 촉매 반응의 인터페이스와 촉매의 합리적인 설계는 에너지 이용 효율을 높일 수 있다.
주요 연구 성과
NAT 와 같은 영향력 학술지에 제 1 저자나 통신작가로 논문 20 여 편을 발표하다. Commun 입니다. 탈선하다. , ACS Nano, ACC. 화학. 연구, 앤드류. 화학. 내부는 ... 편집되었고, 국제 특허와 미국이 수여한 6 개의 특허를 획득했다. 전국 우수 자비유학생상, 홍콩 엔지니어 학회 청년 엔지니어/연구원 우수 논문상을 수상한 적이 있다.
작성자: 원래 작성자
창강 삼각주 레이저 연맹 진창군 전재