基于石墨烯的量子电容无线蒸汽传感器
石墨烯气敏传感器的研究及其应用
石墨烯气敏传感器的研究及其应用石墨烯是一种只有一个原子层的碳材料。
由于其独特的电学、光学和机械性质，石墨烯在多个领域具有很大的应用潜力。
其中，石墨烯在气敏传感器领域的研究尤为引人关注。
石墨烯气敏传感器的原理是基于石墨烯的导电性能随着环境气体的变化而变化。
当石墨烯受到气体分子的吸附时，气体分子会在石墨烯表面与石墨烯之间形成一个电位垒，从而影响电子的传输。
因此，在石墨烯上布置了电极，当环境气体变化时，通过检测石墨烯电阻率的变化来实现对气体的检测。
石墨烯气敏传感器在气体检测、环境监测等领域有着广泛的应用前景。
目前，石墨烯气敏传感器的研究已经取得了很多的进展。
其中，石墨烯复合材料是较为热门的研究方向之一。
石墨烯与其他材料如纳米颗粒、有机分子等复合后，能够形成具有更好稳定性和选择性的气敏传感材料。
同时，采用微纳加工技术制备石墨烯气敏传感器也是一种重要的研究方向。
通过制备纳米级的石墨烯电极并在其表面沉积感光材料，可以实现高灵敏度、高选择性和快速响应的气敏传感器。
除了在气体检测领域的应用，石墨烯气敏传感器还具有广泛的应用前景。
例如，在医学领域中，石墨烯气敏传感器被应用于检测人体呼吸中的有害气体分子；在食品安全领域中，石墨烯气敏传感器可以检测食品中的有害气体和化合物，以保障人们的健康；在环境保护领域中，石墨烯气敏传感器可以检测空气和水中的有害污染物，帮助人们监测和控制环境污染。
尽管石墨烯气敏传感器在理论和实验上都已经取得了很多的进展，但是目前仍然存在一些挑战。
例如，石墨烯气敏传感器灵敏度的提高、选择性的增强等方面仍然需要进一步探索。
此外，石墨烯气敏传感器的制备工艺、可靠性等方面也需要不断的改进和完善。
总之，石墨烯气敏传感器在气体检测、环境监测等领域具有很大的应用潜力。
石墨烯气敏传感器的研究不仅有助于提高人们的生活质量，还能够为环境保护、医学等领域的科学研究提供帮助。
随着石墨烯技术的不断发展和完善，相信石墨烯气敏传感器一定会有更为广泛的应用和更好的发展。
石墨烯量子点在光电传感器中的应用前景
石墨烯量子点在光电传感器中的应用前景随着科技的不断进步，光电传感器在各个领域中的应用越来越广泛。
而作为一种独特的纳米材料，石墨烯量子点正逐渐引起人们的关注。
本文将探讨石墨烯量子点在光电传感器中的应用前景，并讨论其优势和挑战。
一、石墨烯量子点的特性和制备方法石墨烯量子点是由石墨烯薄片通过一系列化学方法制备而成的纳米颗粒。
相比于传统的半导体量子点材料，石墨烯量子点具有更高的稳定性、更好的光学和电学性能。
同时，石墨烯量子点还具有宽可调谐的发射光谱范围、优异的荧光量子产率和长寿命等特性，使其在光电传感器领域具备巨大的潜力。
二、石墨烯量子点在光电传感器中的应用优势1. 高灵敏度：石墨烯量子点的尺寸只有几纳米，具有较大的比表面积和较高的吸收截面积，能够更有效地吸收光能，并将其转化为电信号，因此具备高灵敏度的特点。
2. 宽波长范围：石墨烯量子点的发射光谱范围可通过调整其粒径和表面官能团来控制，从紫外到近红外都能够涵盖。
这使得石墨烯量子点在种类繁多的光电传感器中应用具备较大的灵活性。
3. 高稳定性：相比于有机荧光染料，石墨烯量子点具有较好的耐光、耐热性能，能够在极端条件下依然保持较高的荧光量子产率，具备长时间稳定工作的能力。
4. 可溶性和可制备性：石墨烯量子点可通过溶液法制备，并且在大多数有机溶剂中具有良好的溶解度。
这使得石墨烯量子点能够方便地与其他功能材料进行复合，从而进一步拓展其在光电传感器中的应用。
三、石墨烯量子点在光电传感器中的应用案例1. 光电导式传感器：石墨烯量子点可以作为光电导材料，当受到光照射时，能够有效地导电。
这使得石墨烯量子点在光电导式传感器中具备良好的应用前景，例如光电导传感器、光电导触摸屏等。
2. 光电流式传感器：石墨烯量子点可用于制备光敏电极材料，具有良好的光电流响应特性。
在光电流式传感器中，石墨烯量子点能够实现对光信号的快速响应和灵敏检测，如光电流式光谱分析仪器等。
3. 光探测器：由于石墨烯量子点具有宽波长范围和高灵敏度，可以作为高性能光探测器中的感光材料。
基于石墨烯的MEMS压力传感器的设计与工艺研究
基于石墨烯的MEMS压力传感器的设计与工艺研究石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维材料，具有优异的力学、电学和热学性能。
由于其高度灵活性、高载流能力和优异的热导率，石墨烯在微电子机械系统（MEMS）中的应用前景广阔。
本文将介绍一种。
首先，我们需要设计一个高灵敏度的压力传感器。
石墨烯具有极高的机械强度和超高的拉伸率，使其成为制备高灵敏度传感器的理想材料。
通过在石墨烯薄膜上制备微细结构，如微纳米尺寸的悬梁或薄膜，可以实现高灵敏度的压力传感器。
这些微细结构的变形与施加在传感器上的压力密切相关，可以通过测量微细结构的变形来间接测量压力。
接下来，我们需要选择合适的工艺来制备基于石墨烯的压力传感器。
目前，常用的制备石墨烯薄膜的方法有机械剥离法、化学气相沉积法和化学剥离法等。
其中，化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜具有较高的质量和较大的尺寸，适合用于制备微纳米尺寸的传感器结构。
在制备微纳米结构时，可以采用光刻、电子束曝光和离子束刻蚀等工艺来定义结构的形状和尺寸。
此外，还可以利用金属蒸发、溅射和电子束蒸发等工艺在石墨烯薄膜上制备电极，以便进行电性能测试和信号读取。
最后，我们需要对制备的压力传感器进行测试和性能评估。
可以利用压力控制系统在不同压力下对传感器进行测试，通过测量传感器输出的电信号来确定其灵敏度和线性度。
同时，还可以对传感器的稳定性、耐久性和温度特性进行评估。
综上所述，基于石墨烯的MEMS压力传感器具有极高的灵敏度和稳定性，可以广泛应用于汽车、航空航天、医疗和工业等领域。
通过合理的设计和优化工艺，可以进一步提高传感器的性能，并拓展其在更多领域的应用。
本文的研究对于推动石墨烯在MEMS领域的应用具有重要意义。
石墨烯在传感器领域中的应用
石墨烯在传感器领域中的应用石墨烯是一种由碳原子构成的单层薄膜材料，具有高导电性、高透明度和超强机械强度等优异特性，因此被广泛应用于多个领域，如电子、光学、能源和材料科学等。
在传感器领域中，石墨烯也被认为是一种具有巨大潜力的新型材料，因为其极高的灵敏度、快速的响应速度和良好的可重复性能够在诸多应用中发挥出色的作用。
1. 石墨烯在气体传感器方面的应用石墨烯气体传感器是一种基于石墨烯的传感器，其工作原理是通过检测气体分子与石墨烯表面之间相互作用引起的电性变化。
由于石墨烯具有大量可利用的表面积，它们能够高效地吸附气体分子，从而实现高灵敏度的检测。
另外，石墨烯还能够很快地响应气体的变化，并且具有很好的选择性，能够有效地区分不同种类的气体。
因此，石墨烯在气体传感器方面的应用具有广泛的前景，可以应用于空气污染监测、生化检测和气体检测等领域。
2. 石墨烯在生物传感器方面的应用生物传感器是一种能够检测生物分子的传感器，如蛋白质、DNA和细胞等。
由于石墨烯具有良好的生物相容性、高灵敏度和极低的检测限度，它们能够被广泛应用于医药和生物医学领域。
例如，基于石墨烯的蛋白质传感器在癌症诊断中能够识别一些癌症特异性蛋白质，从而帮助医生早早发现并治疗癌症。
另外，基于石墨烯的DNA传感器也能够检测基因的变异并对其进行分类，为疾病的诊断和治疗提供帮助。
3. 石墨烯在应力传感器方面的应用应力传感器是一种用于测量物体形变或受力的传感器，例如测量桥梁或建筑物的变形。
基于石墨烯的应力传感器由于具有可靠性高和灵敏度高的特点，大大拓展了应力传感器的应用领域。
基于石墨烯的微型应力传感器可以嵌入到纤维中，用于测量材料的应力分布，从而更好地了解材料的力学性能。
此外，基于石墨烯的智能应力传感器可以在机器人、汽车等领域，通过测量机器的变形来完成精准控制，提高机器的效率和安全性。
4. 石墨烯在环境传感器方面的应用环境传感器用于检测大气、水和土壤中的污染物质，例如二氧化碳、甲醛和重金属等。
石墨烯量子点在光电传感器中的应用
石墨烯量子点在光电传感器中的应用石墨烯量子点（Graphene quantum dots，简称GQDs）是一种新型的碳基纳米材料，具有优异的光电性能和独特的结构特征，因此在光电传感器领域具有广阔的应用前景。
本文将从石墨烯量子点的制备方法、光电传感器的原理以及石墨烯量子点在光电传感器中的应用等方面进行论述。
一、石墨烯量子点的制备方法石墨烯量子点的制备方法主要有溶剂热法、电化学法、激光剥离法等。
其中，溶剂热法是最常用的一种方法。
该方法通过在有机溶剂中加入石墨烯氧化物，并通过高温处理和超声处理，最终形成石墨烯量子点。
另外，电化学法和激光剥离法也能制备出高质量的石墨烯量子点。
二、光电传感器的原理光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的器件。
它是通过外界光的照射，使光敏材料中的光子被激发，从而引发载流子的产生，进而形成电信号。
光电传感器的核心部件是感光元件，常用的有光敏二极管、光敏电阻、光敏三极管等。
感光元件能够将光信号转化为电信号，通过后续的电子电路进行处理。
三、石墨烯量子点在光电传感器中的应用石墨烯量子点由于其独特的光电性能，在光电传感器中有着广泛的应用。
1. 光敏元件灵敏度的提升石墨烯量子点作为光电材料，具有较高的载流子迁移率、较长的寿命以及优异的光吸收能力，能够有效地提高光敏元件的灵敏度。
在光敏元件中添加石墨烯量子点，能够使其在可见光和红外光谱范围内具有更高的吸收率，从而提高光敏元件的响应速度和灵敏度。
2. 光电转换效率的提高石墨烯量子点具有优异的电荷传输特性，能够提高光电转换效率。
在光电转换器件中引入石墨烯量子点，可以提高光子的捕获效率，并且减少载流子的复合，从而提高光电转换效率。
3. 多功能性的应用石墨烯量子点不仅具有优异的光电性能，还具有较好的化学稳定性和生物相容性，因此可以在光电传感器中实现多功能的应用。
例如，在生物医学领域，石墨烯量子点可以作为荧光探针应用于荧光成像和癌症治疗等领域。
四、总结石墨烯量子点作为一种新型的碳基纳米材料，在光电传感器中具有广泛的应用前景。
基于PMO-石墨烯量子点场效应晶体管生物传感器超灵敏检测外泌体miRNA
基于PMO-石墨烯量子点场效应晶体管生物传感器超灵敏检测外泌体miRNA基于PMO-石墨烯量子点场效应晶体管生物传感器超灵敏检测外泌体miRNA摘要：外泌体(miRNA)是一类具有重要生物学功能的小分子RNA，能够在细胞间传递信号，并参与一系列生物学过程。
因此，开发灵敏的检测外泌体miRNA的方法对疾病的早期诊断和治疗具有重要意义。
本研究设计并制备了一种基于PMO-石墨烯量子点 (Graphene Quantum Dots, GQDs) 场效应晶体管的生物传感器，用于超灵敏地检测外泌体miRNA。
经实验验证，该生物传感器具有超高的灵敏度和选择性，且检测过程简便快速。
因此，基于PMO-石墨烯量子点场效应晶体管的生物传感器在临床早期诊断和治疗方面具有广阔的应用前景。
关键词：外泌体miRNA，PMO-石墨烯量子点，场效应晶体管，生物传感器，超灵敏检测引言外泌体(miRNA)是一类由细胞分泌的小分子RNA，约20-22个核苷酸长，能够在细胞间传递信号，参与细胞与细胞之间的相互作用。
作为一种全新的生物学信号分子，外泌体(miRNA)在细胞增殖、分化、凋亡等一系列生物过程中起着重要作用。
研究表明，外泌体(miRNA)的异常表达与多种疾病的发生和发展密切相关，包括肿瘤、心血管疾病、神经系统疾病等。
因此，发展一种灵敏、准确、快速的方法检测外泌体miRNA对疾病的早期诊断和治疗具有重要意义。
方法本研究设计并制备了一种基于PMO-石墨烯量子点(GQDs)场效应晶体管的生物传感器，用于超灵敏地检测外泌体miRNA。
具体步骤如下：1. 制备PMO-石墨烯量子点：首先，制备得到PMO （Porphyrazine Metal Organic Framework）材料。
将PMO材料与石墨烯量子点进行共混，经过一系列化学反应和纳米材料处理步骤，得到PMO-石墨烯量子点复合材料。
2. 制备PMO-石墨烯量子点场效应晶体管：将PMO-石墨烯量子点复合材料以溶液的形式滴在硅基底上，经过一系列制备步骤，得到PMO-石墨烯量子点场效应晶体管。
石墨烯在传感器中的应用
石墨烯在传感器中的应用石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维晶体材料，它具有出色的导电性和热传导性能。
近年来，石墨烯在各个领域的应用逐渐扩大，尤其是在传感器领域中的应用备受关注。
传感器是一种能够感知、接收外界信息并转化为可用信号的装置。
石墨烯作为一种新型材料，具有极高的电子迁移率和热导率，这意味着它能够更快速和准确地响应外界信号。
因此，将石墨烯应用于传感器中，可以提高传感器的灵敏度和响应速度。
首先，石墨烯在化学传感器中的应用非常广泛。
化学传感器常用于检测和测量化学物质的浓度、成分和特性。
由于石墨烯具有巨大的比表面积和高导电性，它可以用作传感器的电极材料，用于捕获目标物质，并通过电子传输来检测目标物质的浓度变化。
例如，在环境监测中，石墨烯化学传感器可以快速检测到空气中的有害气体浓度，如二氧化碳、硫化氢等，从而及时采取相应的措施以保护人们的健康。
其次，石墨烯在生物传感器中的应用也表现出了巨大的潜力。
生物传感器是一种能够检测和测量生物分子的装置，常用于医学诊断、生物研究和食品安全等领域。
由于石墨烯具有优异的生物相容性和生物吸附性，它可以用作生物传感器的敏感层材料，用于捕获和测量生物分子，如蛋白质、DNA等。
通过与特定的生物分子相互作用，石墨烯生物传感器可以用于癌症早期诊断、病原体检测和基因测序等领域，具有非常重要的应用前景。
此外，石墨烯还可以用于光学传感器的制备。
光学传感器是一种基于光学原理进行信号检测和测量的装置。
石墨烯具有很高的透明性和光学响应性，可以用于制备纳米级别的光学敏感器结构。
通过调节石墨烯的形态和结构，可以实现对特定光波的敏感性调控，从而实现对特定信号的高度选择性和灵敏性检测。
这种石墨烯光学传感器在光通信、光谱分析和生物成像等领域有着广阔的应用前景。
最后，石墨烯在力学传感器中的应用也值得关注。
力学传感器是一种能够检测和测量力学变化和应力的装置。
石墨烯具有出色的强度和柔韧性，可以用作力学传感器的敏感层材料。
石墨烯基气体传感器的原理及应用
石墨烯基气体传感器的原理及应用石墨烯中原子之间以sp2键连接在一起，室温下的电子传输有0.3um，是很高的电子迁移率，再加上每个原子因为平铺二维结构都显露在表面，作为气体传感器的气敏材料时，吸附气体分子会引起电子迁移率的变化，根据电阻既电信号的改变，可以测出气体浓度。
由此可看出石墨烯材料在气体传感器中的应用可广泛发展。
石墨烯在气体传感器中主要应用于电阻型，这都得益于其高电导率、表面丰富容易修饰的功能集团等优异性能。
电阻型气体传感器原型如图5，简单制作流程为：选取适合的绝缘陶瓷作为衬底，在陶瓷表面或附着或生长出石墨烯或者石墨烯-复合材料，接着将引出的电极接到检测电路中即可。
图5 电阻型气体传感器原型示意图【26】制备石墨烯的方法中，剥离、CVD生长及氧化还原制出的石墨烯材料广泛应用于气体传感器，以下将主要介绍以石墨烯为基底单纯做气体传感器元件的相关原理及过程。
表2 石墨烯及气体传感器对不同气体的测量【26】2.1 剥离石墨烯气体传感器机械剥离及化学剥离所得的石墨烯产量较低，少于其他半导体复合材料。
此类石墨烯价带为零或接近于零，故其电导率会随表面吸附的少量分子发生明显的变化，其敏感度也相对于宽带隙半导体更高。
在最开始的时候，都是用此类方式得到制作气敏传感器的石墨烯材料。
此类方式所得的石墨烯还能对不同气体分子产生响应【27,28】，如图6所示。
加工石墨烯时，往往先将石墨烯片附着或放置于惰性衬底，然后通过金属热蒸发、电子束蒸发或刻蚀等物理方法在其两端制作电极。
机械剥离法：在HOPG表面运用氧等离子束刻蚀出宽20微米至2毫米、深5微米的槽面，压制于附有光致抗蚀剂的硅或二氧化硅基底。
经过焙烧，用透明胶带反复剥离出多余石墨片。
而剩在硅晶片上的石墨薄片浸泡于丙酮中，超声清洗，得到厚度小于10纳米片层。
最终在原子力显微镜下挑选出厚度仅为几个单原子层厚度的石墨烯片层。
这种方法虽可得到微米尺寸的石墨烯片，但由于其产量低，不适合大面积生产及应用。
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关键字-石墨烯、传感器、无线、量子电容、可变电容
I介绍
量子电容效应是泡利不相容原理的直接可观测的证据。尽管由于石墨烯的低能态密度，该效应在二维材料石墨烯中有很重要的作用，但是几乎没有实际的应用。近期，该效应被应用于无线传感器的实现，由于其依赖于能量的态密度和优秀的表面灵敏度。这种器件相对于其他技术有显著地优势，如基于电阻的传感与基于微机电系统的无线传感。本文证明了基于石墨烯的无线蒸汽传感器，使用由于能态密度产生的可变电容，作为传感器传导装置。石墨烯可变电容与电感线圈耦合，等效为一个LRC电路，以谐振频率对应于水蒸气浓度。我们发现石墨烯量子电容的改变会改变谐振频率，且谐振频率在蒸汽浓度从1%~97%变化时呈单调变化。进一步说，在多次浓度循环中，这种响应是可逆且稳定的。传感器响应时间作为一项重要特征，与其他测量装置的时间分辨率作了比较。石墨烯量子电容无线蒸汽传感器与其他被动感应方法相比，有以下优点：低信噪比，器件大小可变，响应迅速，有感应多种气体的能力（表面官能团的应用）。我们的结果表明石墨烯量子电容无线传感器可以提供一个强有力的平台来检测大范围的化学与生物目标。
为了使该传导装置应用于气体传感，石墨烯必须宝楼宇外部环境中，表明需要使用倒电容结构并把石墨烯置于金属栅电极顶部。另外，电容的电解质必须足够薄，以使得量子电容得以有效影响整个系统的电容。最后，谐振器必须有高品质因数Q，因此需要有一个多指结构从而减小串联电阻。如图1所示的传导装置与参考文献[21]所用的基于石墨烯的无线传感器不同，该传感器利用细菌对石墨烯电阻的改变来改变LRC电路的品质因数。
图6
图7
因此，该传感器的基本传感机制是依靠石墨烯可变电容二极管的量子电容调制。但是我们应该注意到，电阻随着RH增大仍有少量增长，这是在[15]中研究的电阻型石墨烯传感器。这可以作为我们使用高阻值串联电阻的原因，是为了减小由于载流子浓度变化带来的电阻变化。
结合图3与图6，抽取出量子电容与RH的关系，如图7。使用这些值，我们可以观察到湿度使单位面积量子电容的改变在 。这对于理解石墨烯表面吸附的基本原理是十分有用的，因为与基于电阻的传感器不同，该传感器直接把载流子浓度变化与吸附分子浓度联系起来。
第二条曲线的谐振频率最终与初始值相差近似400kHz。谐振频率与时间的响应近似一条指数曲线，且响应时间与商业传感器近似相等。这种快速响应是由于石墨烯表面吸附了水，从而导致量子电容的变化。另一方面，由于将脱水的传感器暴露于湿润环境中，石墨烯表面逐渐嵌入水分子，因此初始检测的湿度会上升。尤其是 栅介电质在真空烘烤后。在暴露于湿润环境后，再一次被在真空中烘烤。这会导致EOT的净减少（电容会增加），因为吸附水的介电常数很高（80），（偏移了石墨烯/分离层的增加）。
在380K温度与真空条件下热烤24h，从而去除石墨烯表面的水，传感器被移入气室中，并使用二次读取电感对传感器电感进行校准。读取电感与阻抗分析器直接相连，测量耦合电感系统的辐值与相位。
为了提高定量计算的准确性，感应电感与读取电感分别用阻抗分析器测量。所测得的参数有L1=1.16μH，L2=645nH， ， 。这些值在进行无线测量的定量计算时会用到。
在预期的操作模式下，吸附了水的石墨烯表面的空穴浓度增加（弱p型石墨烯）。增加大的空穴浓度使费米能级进一步偏离了狄拉克能，增加了电容并减小了谐振频率。
作为传感器的初始测试，外部电感的相位 -f关系首先在干燥条件下测量，然后在湿润条件下测量，最后又恢复干燥条件。湿润采用97%的湿度，干燥采用1%的湿度。在三次测量前，确保在干燥环境下气室达到平衡态。 -f的曲线图如图4（a）所示。最小相位微降，对应于LRC电路的谐振频率条件，表明在湿润条件下值下降，而恢复干燥后又返回初始值。图4（b）表明了干湿条件下阻抗的测量值。为了证明量子电容传感器的时间响应，测量了谐振频率随时间的变化，如图4（c）。而商业传感器的RH与时间的响应图如图4（d）。在（c）中，的一条曲线是从真空中取出后立即测量的结果，第二条是经历了干湿条件多次变化后的结果。在初始湿度增加后，谐振频率在一个初始的快速响应后有持续的漂移从而降低频率，当回到低湿度后，谐振频率下降但并没有回到初始值。
另外，该传感器能在30min内回复脱水条件，表明石墨烯上水层的脱水过程相当稳定。我们的研究结果表明传感器的平衡暴露于干燥空气中24h后就已完成。第一条曲线的漂移要小于第二条。同时，该传感器与其他商业传感器在响应时间上午明显差别。这表明响应是表层的水吸附造成的现象而不是石墨烯与栅极氧化物之间的水，器件的基本作业方式是通过改变表面水分子吸附来改变量子电容实现的。
图1.石墨烯量子电容蒸汽传感传导装置概念图
最终芯片有以下几个器件。所有可变电容均有5μm的栅长度，并排为多指结构，指长为40μm或100μm。这种结构允许在维持低串联电阻时得到大的电容。这种石墨烯位于顶部的结构有一个额外优点：它允许介电质非常薄，这是可以观察到强量子电容调谐的需要，因为不需要成核层。正如 沉积于石墨烯一样。如图2为器件设计图与单层石墨烯可变电容的光学显微镜图。
基于石墨烯的量子电容无线蒸汽传感器
摘要——基于石墨烯量子电容效应的无线蒸汽传感器已被证实。该传感器由金属-氧化物-石墨烯组成的可变电容与电感耦合组成，形成谐振振荡器电路。在相对湿度1%-97%的范围内，谐振频率与相对湿度（RH）变化呈线性关系，变化率为 。通过无线测量得到的电容值与通过C-V曲线测量得到的值吻合，证明了石墨烯可变量子电容。该结果代表了一种新型的传感器传导装置，并为石墨烯量子电容传感器应用于化学与生物化学传感应用方面指明了研究方向。
图4
C浓度循环效应
为了描述传感器的浓度响应与重现性，我们测量了三种情况下浓度依赖性的谐振频率，如图5（a）。在图（b）中，曲线1按照递减的浓度序列进行测量，在每两个浓度之间，都会把浓度降为0来跟踪滞后行为；曲线2按递增顺序浓度进行测量，曲线3则是随机的顺序。由图可以看出谐振频率变化与浓度几乎呈线性关系，与扫描方向无关。
图3.传感实验中测量与建模所得的石墨烯电容的C-V曲线。器件由5个多指石墨烯电容并联组成，总面积为 。测量频率为1MHz。插图：石墨烯电容电路的品质因数与频率的双对数图。
III结果与讨论
A.石墨烯电容性能
在测试前，芯片需要挂载到印刷电路板上，同时将五个电容并联以增加总电容。测量前，芯片需在380K真空下烘烤以去除水，在去除真空前将电容并联。在1MHz条件下测量得到的C-V曲线如图3。特征量子电容的最小值位于0电压附近。电容最大值与最小值之比约为1.2。用理论模型拟合C-V曲线来描述其器件特性。8nm厚的 栅极厚度的等效氧化物厚度（EOT）为2.52nm（对应于12.3的相对介电常数）。这种拟合同时展示了1500℃的残留温度 ，它与石墨烯中的随机潜在混乱度相关。进一步说，电容的面积可以解释石墨烯中的裂与分层。等效电极面积为7975 。其他一些关于量子电容拟合过程的细节详见附录。从曲线可以看出在0电压附近有比较陡峭的斜率。这个条件可以在感应操作过程中获取高灵敏度。
II方法
A.器件制备
石墨烯可变电容的制备，首先准备一块基板，通过在石英基板上使用PECVD方法依次沉积 和 。绝缘的石英基板减小了高频时与接触点间的寄生电容。器件处理依赖于传统的印刷技术，从对 层的活性粒子刻蚀开始，随后是局部背栅电极（Ti/Pd）的电子束沉积。使用ALD（原子层沉积）在栅极上沉积8nm厚的 ，用于栅绝缘。通孔形成并通过干腐蚀方式穿透 ，允许到达栅衬底。通过CVD方式生长的石墨烯被传导到成形的晶圆上。单层石墨烯生长在铜箔上，并用PMMA旋涂。在烘烤后，石墨烯未涂的一面使用氧离子刻蚀法移除。然后，使用 对铜进行移除，并用HCl与DI水多次清洗。最后，石墨烯上粘附有PMMA，使用水传导方法将石墨烯传导到基板上，然后使用溶剂刻蚀法去除PMMA。之后使用氧离子对石墨烯进行图案化，形成期望的灵活的器件结构。通过Ti/Pd/Au（1nm/25nm/35nm）金属栈的电子束蒸发形成形成欧姆接触。最后，厚Ti/Al（10nm/300nm）金属层沉积于允带线上，与器件接触。使用拉曼光谱来检测单层石墨烯。
IV结论
利用石墨烯量子电容效应作为工作原理的传感器已被证明。该传感器将石墨烯表面吸附水的浓度转化为谐振振荡电路的谐振频率。同时该传感器对湿度的突变有较快的响应，并随RH单调变化，且在多次进行循环湿度测验后仍保持稳定。
后期工作主要是实现描述RH与 关系的模型。结果表明，该传感器可用于实现无源传感器来检测多种类的化学与生物分析物，只要可以合成出合适的表面官能团。
本文所使用的基本传导装置概念图如图1所示。当石墨烯表面吸附分子浓度发生变化 时，会改变石墨烯内部的载流子浓度 。由于石墨烯的低态密度，导致费米能级 有一个可测的变化 ，以及量子电容变化 。如果石墨烯作为金属-石墨烯-氧化物电容的电极且该电容与一个电感结合，量子电容的改变就会导致LRC电路的谐振频率的变化 。
进一步说，我们用随机浓度序列下的斜率作为三种次序下的平均值。说明尽管一些小的但不可忽略的滞后机制仍可以在工作时使频移取决于浓度变化的方向。先前的一些结果表明[37]这种滞后作用是石墨烯层水浓度逐渐变化的结果。
尽管从图5（a）可以看出，频移对湿度呈线性关系，但这并不必要。相反，我们更期望精确度依赖于以下几个因素，包括石墨烯表面吸附分子的相互作用，C-V曲线的精确形状与石墨烯的初始掺杂。为了确定器件的精确操作条件，我们采用了[24]中提到的电路阻抗法与包括了改进自[13]的随机电位变化。我们的电路模型包括电感自谐振效应，这是由跨绕线电容形成的。
B.无线湿度传感
这里使用湿度作为基本的基于量子电容的传感证明。尽管已经有许多分析技术存在水蒸气传感仍是最简单的证实基于量子电容传导装置的方法。由于纯净的石墨烯对湿度的变化十分不敏感，而源自于石墨烯转移与随后的刻印出现的聚合物残渣使得石墨烯对湿度变得敏感。进一步说，通过CVD生长法得到的石墨烯上的一些瑕点和晶体边界的存在导致了含氧官能团的出现。这些官能团作为活性位点增大了石墨烯器件的灵敏度。