科研进展

齐鲁理工学院杨磊教授：《面向口腔微生态疾病精准诊断的石墨烯晶体管生物芯片的研发与应用》

过去几年，科学家们主要依赖低温化学气相沉积（CVD）来生长MAC。温度降到200–400℃，可以有效防止碳原子形成六角晶体结构，保证“无序”特性。然而，这种方法存在很多问题：金属污染、杂质吸附、面积难以放大……Lin教授及其团队提出了一种“无序到无序”的全新生长策略——不再依靠低温来“压制”晶体结构，而是利用无序的铜基底诱导碳原子的无序成核，直接在高温（高达820℃）下快速生成单层无定形碳。

新加坡国立大学Mario Lanza团队通过多项目晶圆流片工艺，在200毫米晶圆上制备出包含晶体管和倍频器的高可靠性石墨烯微芯片。该晶体管采用多层六方氮化硼（hBN）作为栅极电介质，在可靠性方面展现出创纪录的性能表现：hBN/石墨烯晶体管具有低于20 mV的超低迟滞效应，即使经过2100次循环后，其导通电流和电荷中性点偏移仍可忽略不计。

研究开发了一种液态苯并噁嗪（PGE-fa）前驱体，可在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底上实现原位LIG制备，从而消除传统转移工艺引起的缺陷。此外，通过将直线型和蛇形LIG图案并行集成于双架构中，协同解决了灵敏度与测量范围的矛盾：直线段在微应变检测（0.05%–10%）中展现出高灵敏度（GF = 68.98，应变1%），而蛇形结构则通过平面弯曲和旋转变形释放应力，从而在高应变耐受性（最高30%）下维持导电性。

通过在rGOs表面聚合吡咯，合成了rGOs@PPy，从而提高了水凝胶的机械强度和导电性。甘油被引入与水形成二元溶剂。甘油与水之间的氢键确保了水分子在高温下被保留，并在低温下避免结冰，为传感应用提供了必要条件。添加Fe(III)优化了水凝胶的自愈合能力（效率85%）。此外，成功制备了具有高灵敏度（响应时间191毫秒）和宽工作温度范围（-20–45°C）的水凝胶传感器。

主要作者、伦敦国王学院化学系高级讲师安德鲁-苏尔曼（Andrew Surman）博士解释说：”氧化石墨烯确实很有前途。但如果我们要取得良好进展，就必须确认新的一批产品与上一批产品一样。如果你的供应不可靠，而且每次的表现都不一样，你如何设计出更好的产品？测试一批新产品的商业服务价格昂贵，而且可能需要数周时间。这通常并不可行。

MGPFs的弹性特性和变形机制对其几何参数高度敏感，包括石墨烯片尺寸、石墨烯面积分数和层数。尽管进行了广泛的实验和理论努力，但系统地量化这些影响仍然是一个重大挑战，严重阻碍了高性能 MGPF的设计。在这里，构建了MGPF的逼真随机3D周期性代表体单元（RVE）模型来执行模拟，量化不同几何参数对其所有五个独立弹性特性的影响，并揭示主要的变形机制。

研究将从三个角度探讨石墨烯在热电领域中的最新研究成果与综述：原始石墨烯、石墨烯-无机复合材料以及石墨烯-有机复合材料。本综述的目的是提升基于石墨烯材料的选取与设计，并推动热电领域的发展。

研究发现，具有较大空隙空间的编织前驱体是确保转化后LIG具有最佳结构平整度和性能均匀性的关键，其片电阻变化始终小于5%，无论激光通量（从35.3到88.8 J/cm²）和加工尺寸（从1到30,000 cm²）如何变化。凭借独特的制造特性以及可优化的性能和特性，基于LIG/PI织物的智能夹克和多种智能服装最终被设计出来，以系统性地展示多模态可穿戴应用，包括生理监测、运动监测、液体检测、身体加热、摩擦发电照明和火灾报警。

本研究提出了一种通过冷轧法制备CVD生长的石墨烯/铜（Gr/Cu）层压复合材料的新方法。该方法通过将多层铜箔堆叠并进行CVD处理，在铜箔表面和内部生长石墨烯，随后通过多次冷轧和高温退火处理，实现了石墨烯与铜箔之间的紧密连接。