关键词： 还原氧化石墨烯三聚氰胺海绵(r-GO@MeS)   超高效液相色谱-串联质谱   草莓   农药残留  

摘要： 基于改良的QuEChERS技术，建立了超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）同时测定草莓中45种农药残留的快速检测方法。样品经乙腈提取，基质净化通过抽打挤压数次还原氧化石墨烯三聚氰胺海绵（r-GO@MeS）完成。以Agilent Eclipse Plus C18 RRHD色谱柱分离，在多反应监测（MRM）模式下，采用基质匹配外标法定量。结果表明，45种农药在2～200μg/kg范围内线性关系良好，相关系数R2≥0.999；方法的检出限（LOD）为0.05～5.3μg/kg，定量限（LOQ）为0.2～17.5μg/kg。空白样品在10, 50, 100μg/kg3个添加水平下的回收率为72.8%～110.2%，相对标准偏差为0.3%～15.4%。该方法适用于草莓中45种农药残留的定性定量分析。

关键词： AlGaN   石墨烯   MoS2   范德华外延   紫外光电探测器  

摘要： AlGaN基材料作为一类宽禁带半导体材料,因其可调节的直接带隙、高击穿场强、高化学稳定性和高热稳定性等优异特性,被广泛应用于紫外及深紫外光电器件、5G射频通信技术和高压电力电子器件。然而,由于同质外延衬底昂贵且产率较低,AlGaN基材料通常采用异质外延方法制备,存在晶格失配和热失配问题,因而引发了外延层中大量位错缺陷和高残余应力,限制了材料质量的优化和器件性能的提升。此外,由于异质外延衬底的刚性,且外延层与衬底之间较强的共价键作用阻碍了外延结构的剥离和转移,给柔性和可穿戴AlGaN基光电子器件的发展带来了挑战。 为解决这些问题,本论文利用范德华外延技术,从范德华外延衬底构建出发,结合金属有机化学气相沉积方法,开展了AlGaN基材料的范德华外延研究。通过利用二维材料层间弱范德华力相互作用,将衬底与外延层之间的作用由强共价键转变为弱范德华力,不仅能降低外延层应力,还能实现剥离转移及柔性应用。同时,本论文还对范德华外延氮化物柔性光电探测器件的制备以及高性能紫外光电探测器件的性能优化开展了前沿探索。主要研究成果如下: 1.二维材料的原位生长与范德华外延衬底构建 本论文聚焦于石墨烯和二硫化钼（MoS2）的生长调控,并用于构建氮化物范德华外延衬底。针对石墨烯在转移过程中易产生裂纹和污染的问题,本论文采用含碳的有机光敏聚合物作为固态碳源,在多种非催化衬底上原位生长晶圆级石墨烯。针对化学反应沉积生长MoS2,在调整温度和气流等工艺参数的基础上,采用间断载气供给策略以增强MoS2分子的迁移,促进小单晶畴合并为大单晶畴;通过引入并精准控制氧气刻蚀作用,提高晶圆级MoS2薄膜的均匀性;对于硫化前驱体薄膜的制备方案,通过Si O2/Mo Ox/石墨烯“三明治”结构退火处理提高前驱体膜质量,进而优化提升MoS2薄膜质量。 对于石墨烯上生长的MoS2,石墨烯层减弱外延层与衬底的相互作用,实现了99.83%的MoS2阵列图形转移良率,验证了二维插入层对外延层剥离的提升作用。该策略还显示出对其他过渡金属二硫化物的良好适用性。由于石墨烯与MoS2薄膜之间更强的相互作用,随MoS2薄膜一同剥离的石墨烯可作为光电探测器的电荷传输通道,使制备的柔性光电探测器光电流提升了约10～5倍。 2.范德华外延AlGaN基材料的成核生长调控 在石墨烯作为插入层的范德华外延中,针对氮化物成核生长质量与石墨烯晶格完整性难以兼顾的问题,本论文提出了“双缓冲层”结构,在保留石墨烯完整晶格结构的同时,提升了氮化物的成核特性和生长质量。该结构包括低温成核层和高温延展层,并利用横向迁移增强的氨脉冲法生长高温厚层Al N,实现外延材料晶体质量的进一步优化。 通过对MoS2薄膜上AlGaN基材料范德华外延的研究,本论文发现MoS2中S原子和Mo原子间显著的电负性差异,使得S原子与Ga/Al原子间形成强的库仑相互作用,从而调控氮化物原子的成键和沉积行为,相比于蓝宝石上直接生长的氮化物薄膜,获得了高质量N极性氮化物外延层。这一发现为二维材料上生长高质量且极性可调控的半导体材料提供了新的策略。 ***基材料范德华外延紫外光电探测器应用 在AlGaN基材料成核生长调控研究的基础上,进一步对范德华外延氮化物材料的柔性应用及光电器件性能优化进行了探索。 利用“双缓冲层”结构,保证了范德华外延过程中石墨烯结构的完整性,能够有效降低高质量AlGaN外延层与衬底之间的相互作用。因此,通过施加机械力即可实现Al N外延层的剥离转移。石墨烯与AlGaN外延层一同被剥离,衬底上无AlGaN基材料及石墨烯残留。在剥离的样品表面沉积金属电极以制备柔性紫外光电探测器,石墨烯层作为电荷传输通道,实现了对193 nm远紫外光的有效探测。在弯曲状态下,探测器展现出稳定的脉冲光响应,证明了基于氮化物范德华外延技术制备柔性光电子器件的可行性。 同时,在MoS2薄膜上实现N极性GaN范德华外延的基础上,转移石墨烯作为电荷传输通道,制备了紫外光电探测器。通过对比蓝宝石上直接生长的Ga极性GaN薄膜,石墨烯与N极性GaN薄膜的功函数差异更大,形成了更宽的空间电荷区和更强的内建电场,更多的光生载流子在内建电场的作用下漂移至石墨烯中,引起石墨烯层表面电势的更显著的变化和器件电流大幅增加,实现紫外光电探测器性能提升,展示了基于范德华外延氮化物极性调控的高性能器件优化方案。

关键词： 石墨烯   可穿戴应变传感器   手势识别系统   机器学习  

摘要： 随着可穿戴智能交互系统的快速发展,基于柔性传感器的手势识别技术在智能可穿戴设备、人机交互及医疗康复等领域展现出广泛的应用前景。相比于传统的手势识别方式,柔性应变传感器能够精准感知手部的细微动作,并在复杂环境中提供稳定、实时的信号检测能力。为了提升手势识别的精度与适应性,本文基于碳基纳米复合材料制备了一种高灵敏度、宽响应范围的可穿戴柔性应变传感器,并构建了智能手势识别系统。研究内容如下: 1、柔性应变传感器的制备与性能研究:基于石墨烯与氮掺杂碳纳米管(N-CNTs)复合材料,设计并制备了一种柔性应变传感器。传感器采用仿生蜘蛛丝核壳结构,以增强导电网络的稳定性,并优化了二维与一维纳米材料间的界面复合,提高了传感器的灵敏度(应变灵敏度为340)和宽应变响应范围(0-60%)。通过扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱等表征手段分析了材料的微观结构,并对传感器的灵敏度、重复性、响应时间及稳定性进行了系统测试。实验结果表明,该传感器具备快速响应(110ms)、良好的耐久性。 2、手势识别系统的硬件设计:采用STM32F103C8T6作为主控芯片,搭建数据采集电路,实时采集传感器电阻变化,并利用分压电路转换为电压信号。数据经ADC采集后,通过DMA进行高效传输,最终通过蓝牙模块无线传输至上位机。系统能够精准捕捉手部动作,确保手势识别任务的实时性与可靠性。 3、智能手势识别系统的软件设计:结合CNN-LSTM深度学习模型,对传感器采集的手势信号进行分类与预测。CNN负责提取手势数据的局部特征,而LSTM进一步建模时间序列依赖性,以提高手势分类的精度。实验表明,该系统在单个手势识别任务中的准确率达到99%。此外,提出了一种基于滑动窗口的信号分割方法,实现了句子级手势识别,并结合数字字符串处理与大语言模型(LLM),优化了手势序列的语义解析,使连续手势识别的准确率达到97%。

关键词： 氧还原反应   二氧化锰   石墨烯   铝空气电池   柔性  

摘要： MnO2由于其高电催化活性、环境友好、低成本、丰富的地球储量等，是碱性介质中氧还原反应（ORR）最为常见的催化剂材料之一。然而，MnO2用作ORR催化剂时往往存在着导电性较差、速率性能差和容量快速恶化等问题。基于此，本文通过将高导电的N掺杂还原石墨烯（N-rGO）作为MnO2纳米棒的良好载体，设计了一种新型N掺杂还原石墨烯负载的α-MnO2(α-MnO2@N-rGO)复合材料。通过场发射扫描电镜（FESEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、比表面积测量（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶红外光谱（FTIR）和拉曼光谱（Raman）对制备的α-MnO2@N-rGO复合材料进行了系统地表征。实验结果表明，水热过程后，棒状形态的MnO2均匀分散在N-rGO片上。在ORR过程中，α-MnO2@N-rGO展现出最佳的催化活性和稳定性(起始电位为0.918 V，半波电位为0.784 V，电子转移数为3.45，电流衰减率为2.16% h-1)，这些相比于单一的N-rGO和α-MnO2均有明显提升。表征结果进一步证实分散良好的N-rGO与α-MnO2之间形成共价偶联作用促进α-MnO2@N-rGO催化剂催化活性和稳定性的有效提升。此外，α-MnO2@N-rGO催化剂在铝空气电池展现出优异的电化学性能(能量密度为1230.7 mW·h·g-1-Al，功率密度为135.8 mW·cm-2)和力学性能（5000次弯曲后96%以上的电流保持率）。综上所述，通过引入N-rGO来调整MnO2的电子和化学状态，并建立两种组分之间的共价界面，可为开发高效稳定的二氧化锰基ORR催化剂提供了一种有效策略。

关键词： 氮掺杂石墨烯量子点   二硫苏糖醇   铜纳米颗粒   铜离子   比率型荧光探针  

摘要： 以柠檬酸和尿素为前驱体，通过一步水热法合成了发射蓝光（445 nm）的氮掺杂石墨烯量子点（N-GQDs）；通过与含有巯基（-SH）的二硫苏糖醇（DTT）直接混合，构建了比率型检测Cu2+的复合荧光探针体系N-GQDs/DTT。当向该复合探针体系中加入目标分析物Cu2+时，一方面，基于静态猝灭效应，N-GQDs于445 nm处的荧光强度逐渐降低；另一方面，由于-SH与Cu2+的强键合作用，DTT与Cu2+立即发生原位反应生成发射红光（666 nm）的铜纳米颗粒（DTT-CuNPs），且666 nm处的荧光强度逐渐增加。666 nm及445 nm处荧光强度的比值(F666/F445)与加入的Cu2+浓度分别在1～20 μmol/L和20～360 μmol/L范围内呈线性，线性拟合方程分别为y=0.00558x+0.00992(R2=0.998)，和y=0.00262x+0.0855(R2=0.996)。据此实现了Cu2+的比率型检测，检出限为0.05 μmol/L。

关键词： 石墨烯   制备方法   综述   锂离子电池   复合材料  

摘要： 随着新能源的飞速发展，对锂离子电池的电化学性能和安全性的需求也在不断提升，石墨烯及其复合材料因其卓越的性能成为改性锂离子电池的最佳选择之一，已在锂离子电池的正极、负极、隔膜等关键部件中发挥出重要作用。在此介绍了石墨烯常见的制备方法以及近年来石墨烯在锂离子电池中的应用研究进展，并对其发展前景进行探讨。