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附件1

重庆市研究生科研创新项目

申请书

项目名称:基于纳米申请者:冯序所在单位:重庆理工大学光电信息学院所属学科:光电信息获取与处理联系:15825997919传真:023-62563271电子信箱:15825997919@163.申请日期:2016年5月10日

重庆市教育委员会制表

填报说明

一,申请书各项内容,要实事求是,逐条认真填写.表达要明确,严谨.外来语要同时用原文和中文表达.第一次出现的缩写词,须注出全称.除签名外,项目申请书必须是打印件.

二,申请书一律用A4纸,于左侧装订成册.第二页起各栏空格不够时,请自行加页.如有查新报告及其它附件材料,请连同申请书一起装订成册.

三,"所属学科"按学位授予和人才培养学科目录(2016年)

项目

名称基于纳米涂层空芯微结构光纤及其在气敏监测中的应用研究研究

类别基础研究应用研究试验发展√研究

年限2016年7月至201年月申请经费(万元)项目

负责

人姓名冯序性别男身份证号500106199206237955技术职称学科专业及研究方向光电信息获取与处理专业,光电材料与器件方向指

导

教

师姓名冯文林性别男学历学位博技术职称教授学科专业及研究方向光学工程专业,光电材料与器件方向目前指导学生数博士:名,硕士:4名联系13640505805主

要

研

究

人

员姓名身份证技术职务专业所在单位本人签名王柯510302199009010011光电信息获取与处理重庆理工大学李尧50022319951219561X本科生光电信息获取与处理重庆理工大学项目负责人主要学习和工作经历(从上大学开始)JournalofAlloysandpounds(影响因子:2.726)发表SCI二,立项依据

(项目的研究目的,意义,国内外研究现状分析和发展趋势,项目应用前景和学术价值,现有研究基础,条件,手段以及指导教师情况等)

硫化氢在自然界广泛存在,是大气的主要污染物之一,它可以在细菌分解有机物的过程中产生,也可以产生于天然气净化,石油炼制,煤气,制革,制药,造纸,合成化学纤维等生产过程中的副产物.它也是一种急性神经剧毒,吸入少量高浓度硫化氢可短时间内致命.硫化氢的安全临界浓度值为10ppm,致死浓度为500ppm,一般高于1000ppm就可以直接达到麻痹呼吸中枢而立即引起窒息,产生类似电击伤而导致死亡.当硫化氢达到2000ppm时,只吸一口就可死亡.它不仅严重危害人体健康,还会严重腐蚀暴露于其环境中的设备等.目前,有70多种职业有机会接触硫化氢,有关作业工人中毒的报道十分常见.在我国,硫化氢中毒占职业性急性中毒的第二位,仅次于一氧化碳中毒.而硫化氢急性中毒导致的死亡率位列职业中毒的第一位.

传感器技术是现代信息技术的重要支柱,是国际上发展最快的高新技术与产业之一,具有广泛的应用.其中,气敏传感技术在非法药物检查,化学细菌武器的防御,各种易燃易爆,有毒有害气体的泄漏报警和空气质量监控等方面有重要的应用.同时,伴随着微电子,自动化,计算机等学科的发展,气敏传感器要求朝着小型化,集成化,多功能化的方向发展,即微结构气敏传感器(也称光子晶体光纤气敏传感器).目前国内外的研究,也正从传统的烧结型,厚膜型转向半导体薄膜型.烧结型和厚膜型是将敏感材料浆体涂抹于陶瓷管或压印于陶瓷基片上,所制成的器件特征尺寸常常在百微米到毫米量级,材料的微观结构在加工过程容易被破坏,导致器件的一致性和重复性较差.而薄膜型气敏器件对气体探测灵敏度更高,响应时间更快,制备成本更低,易于小型化,特别适合制备微型传由于气体响应过程主要发生在敏感材料的表面,所以对气敏材料的选取十分重要.石墨烯是碳原子基于sp2杂化组成的六角蜂窝状结构,仅一个原子层厚的二维晶体.在理论上,石墨烯具有极大的比表面积,极好导电率,极优光学透射率等优点.但是,石墨烯是零带隙材料,在紫外到近红外光学吸收范围内,呈现带间吸收为主的恒定光电导现象,无共振吸收,因而在光电转化中的性能应用中受到限制,而零维的石墨烯量子点GQDs),与二维石墨烯纳米片以及一维的石墨烯纳米带相比,具有较强的量子限制效应和带边效应,从而拥有新的物理性质.因此,石墨烯量子点在光伏,生物成像,光发射二极管,传感器等领域都具有潜在的应用价值.

图2石墨烯量子点

近年来,Zhu等人探索了绿色荧光的GQDs在生物成像方面的应用.他们将MC3T3细胞在GQDs溶液中培养12小时后,在共聚焦荧光显微镜下进行生物成像实验.Zhao等人报道了一种简便的超声路线制备上转换发射的GQDs.所制备的GQDs的展示出激发独立的下转换和上转换的光致发光特性.Li等人制备了基于GQDs修饰热解石墨电极耦合特定序列单链DNA分子为探针的电化学生物传感器.由于石墨烯材料优异的导电性,所制备的修饰电极表现出很好的电化学响应.但是,基于GQDs的微结构光纤气敏传感器件的研究未见报道.

研究发现GQDs纳米薄膜对某些气体(如H2S)具有良好的敏感特性而受到一定的关注.但结合GQDs纳米膜气敏性能和传感器的研究较少,通过我们在近段时间对气敏材料的研究发现,GQDs表面不仅可以存在大量的物理吸附,还可以存在较强的化学吸附和气敏特性.

本研究拟掺杂微量二价Cu离子后,掺杂导致多子空穴的生成,可得铜离子掺杂的GQDs纳米薄膜.因此对GQDs及其掺杂纳米膜的制备,结构,形貌及气敏性能进行系统的对比研究非常必要.同时考虑到微结构光纤气敏传感技术是一种灵敏度高,响应速度快,动态范围更大,抗电磁干扰能力强,绝缘性高,可防燃防爆,灵活柔性挠曲,适于远距离监测等的新型传感技术,特别适宜恶劣和危险环境有毒有害气体的

度监测.因此GQDs的气敏特性和光纤传感技术相结合,对设计气敏光学型新传感器件的开发有重要的创新和实践意义.

为什么要写微结构论文
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石墨烯的理论研究始于1947年,迄今已有60多年历史,被广泛地用来描述各种碳基材

料的性质.而直到2004年,才由英国曼切斯特大学科学家Geim和Novoslov等人,采

国内外研究现状分析和发展趋势:

用类似削铅笔的过程,利用微机械剥离方法通过胶带反复剥离石墨片首次制备出只有一个原子厚度的石墨膜,并命名为石墨烯(Graphene,又称单层石墨或二维石墨).

由于石墨烯是一种零带隙半导体材料,因而限制了它的电子及光电子特性,从而导致它几乎在电学领域没有任何应用.有趣的是,当这种零带隙材料被制成纳米带(GNRs,宽度小于10nm)或量子点时,由于量子限域效应和边缘效应,它的带隙就被打开了.作为碳材料家族的最新成员,GQDs除了具有可以和石墨烯相媲美的优异性能外,其所具有的独特的量子限域效应和边缘效应使其展现出一系列与石墨烯大为不同的新的特性.超强和可调的发光特性使其在发光二极管,电致发光,有机光伏器件生物标记和药物学等领域具有广泛的应用前景,因此得到了材料,物理,化学和生物等各学科领域科学家的广泛关注在最近几年取得了很大进展.Peng等选择发绿色荧光的GQDs与人类乳腺癌肿瘤T47D细胞共同培养,并用苯基吲哚(蓝色)对细胞核进行染色,成功的证实了GQDs能用在高对比度生物成像上.Dong等将人类乳腺癌MCF-7细胞与通过酸氧化法制备的GQDs共同培养,可以在激光工具显微镜下看清楚绿色荧光,这也是第一次采用碳纳米材料标记细胞核.Zhu等合成了多功能核-壳结构胶囊,由橄榄油,双层多孔TiO2壳,Fe3O4,GQDs组成,表明核-壳结构的胶囊有望在非水溶性药物的运输和可控释放中起到很重要的作用.Wang等首先报道了GQDs可以用于Fe3+,主要是基于它对Fe3+的选择荧光猝灭效应

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