利用二氧化钛薄膜光吸收及表面钝化特性, 在硅晶圆基底表面制备石墨烯/二氧化钛异质结场效应管光电探测器, 并研究其光电响应特性.结果表明, 二氧化钛钝化后的探测器可以有效抑制沟道表面的气体小分子吸附, 降低器件的暗电流漂移; 同时, 探测器利用石墨烯的电荷敏感和复合薄膜的光谱吸收特性, 显著提高了石墨烯场效应管的响应度.紫外波段, 顶层二氧化钛吸光产生的光生电子将注入到石墨烯沟道中, 对石墨烯沟道产生n型掺杂, 器件最大响应度可达3.5×105 A/W.在可见光波段, 因为二氧化钛层与石墨烯薄膜间存在杂质能级, 界面间的电荷转移使沟道载流子寿命显著提高.相对于传统的二氧化钛阵列探测器, 该探测器在响应波段与响应度性能上都具有明显优势.

表面等离激元共振技术具有无需标记、 灵敏度高、 实时检测等优点, 已广泛应用于生物医疗、 环境监测及食品安全等领域。 相对于传统贵金属材料表面等离激元共振传感器而言, 铝表面等离激元共振传感器具有价格低廉、 共振光谱带宽小等优点, 已逐渐成为了该领域的研究热点。 针对铝材料存在与生物分子兼容性差、 易氧化等缺点, 利用石墨烯化学稳定性好、 比表面积大、 抗氧化能力强、 生物兼容性好等独特优势, 将其作为与被测分子直接接触的传感层, 提出了一种石墨烯覆盖铝纳米光栅的表面等离激元共振传感器。 首先, 基于多物理场有限元仿真软件建立了该传感器的物理模型, 分别分析了石墨烯层数和铝光栅结构参数(占空比、 高度、 周期)对传感器共振光谱的影响。 结果表明, 石墨烯与铝光栅的复合有效增强了入射光波与传感器的相互作用, 采用单层石墨烯与铝光栅复合时, 共振峰具有最窄的光谱带宽。 当铝纳米光栅结构Λ=600 nm, H=40 nm, η=70%时, 光谱反射率为零。 进一步分析了结构优化后的传感器的传感特性。 结果表明, 单层石墨烯覆盖铝纳米光栅传感器具有最高的品质因数24.5 RIU-1, 其灵敏度高达626 nm·RIU-1。 该传感器具有探测精度高、 分子兼容性好等优点, 能为生化分析、 环境监测和食品安全等领域提供一个新的绿色传感平台。

为了解决表面增强拉曼散射(SERS)衬底的吸附性差、稳定性低以及灵敏度不高的问题, 设计了一种沉积银纳米粒子的石墨烯泡沫镍SERS衬底, 并进行了实验研究。利用化学气相沉积法在泡沫镍衬底上生长石墨烯, 并通过溶液沉积的方法将合成的银纳米粒子沉积在石墨烯泡沫镍衬底表面, 烘干后制备成石墨烯泡沫镍修饰银纳米粒子的新型SERS衬底。采用罗丹明6G(R6G)对SERS衬底进行拉曼实验研究, 结果表明石墨烯能够较好地淬灭SERS衬底的背景荧光; 泡沫镍的独特三维结构能够增大衬底对检测分子的吸附; 同时, 银纳米粒子也可大幅增强衬底的SERS活性。而修饰了银纳米粒子的石墨烯泡沫镍新型衬底同时具有以上优异特性, 是一种具有很大应用潜力的新型SERS衬底。

石墨烯因具备宽波段高透光性和良好的导电性而有望成为光学窗口的电磁屏蔽材料。采用AuCl3掺杂方式增加少层石墨烯薄膜的载流子浓度, 降低表面电阻值。并通过拉曼光谱对掺杂前后石墨烯薄膜进行表征、对比, 得到石墨烯薄膜层数、缺陷、掺杂类型及连续性方面的信息。利用各向异性介质的平面波传输线模型, 着重考虑化学势对石墨烯电导率的影响, 得到宽波段掺杂石墨烯的屏蔽效能曲线。实验采用屏蔽室法对转移在PET表面的石墨烯薄膜进行屏蔽效能测试, 结果表明寡层(1～2层)掺杂石墨烯的平均屏蔽效能在6.7 dB左右, 与计算值符合较好。

利用常压化学气相沉积（ CVD）法制备大面积单层石墨烯，并分别转移一层和三层至蓝宝石基底表面。采用共焦拉曼光谱仪对样片表面多点进行测量，以表征不同位置转移石墨烯的层数、缺陷与连续性。考虑石墨烯在红外波段的自由载流子吸收和泡利阻塞效应，计算得到光电导率随波长变化的曲线。利用傅里叶变换红外光谱仪对石墨烯样品中波红外（ 3～5.m）透过率进行了测试，结果表明其在中波红外存在明显的泡利阻塞效应。实测的单层石墨烯中波红外相对透过率为 98.5%，明显高于可见区域。三层石墨烯的相对透过率也与仿真结果相仿。由此可见，石墨烯将有望弥补 ITO在中波红外透明窗口电磁屏蔽应用方面的不足。