文章来源：国家纳米科学中心

　　以单壁碳纳米管和石墨烯为代表的碳纳米材料，具有优异的电学、力学、热学等性能，极大地推动了纳米科学的发展。其中，单壁碳纳米管是典型的一维碳纳米材料，因直径和手性角等结构特征不同而表现为金属性或半导体性；而单壁碳纳米管薄膜具有优越的金属性导电性能及力学性能，因此是理想的柔性电极材料。另一方面，石墨烯作为一种二维碳纳米材料，具有很高的半导体电荷迁移率及优越的力学性能，在信息及生物检测等领域具有广阔的应用前景。为了拓展碳纳米材料的性能和应用，国家纳米科学中心方英研究员课题组与北京大学合作，设计并制备了一种新型、多功能的单壁碳纳米管/石墨烯复合薄膜，并在此基础上发展了柔性的全碳纳米神经电极阵列。 

　　方英研究员课题组长期致力于新型碳纳米材料的制备及纳米电子器件的应用研究。在该工作中，课题组利用铜基底上图形化的碳纳米管薄膜，首次通过化学气相沉积的方法直接大面积、规整有序地生长了单片、高性能的全碳纳米晶体管阵列。全碳纳米晶体管器件的核心半导体沟道是石墨烯，而电极及互连是基于一种新型的单壁碳纳米管/石墨烯杂化电极。在化学气相沉积过程中，由于石墨烯与杂化电极同步形成，使得石墨烯与杂化电极之间形成稳定的化学连接。课题组进一步通过转移的方法，成功制备了PET基底上的柔性全碳纳米电子器件阵列。实验发现，由于石墨烯与单壁碳纳米管具有完美匹配的力学性能，即使在弯曲曲率半径达到1 mm时，柔性全碳纳米电子器件阵列依然表现出稳定的电学性能。优越的力学稳定性使得全碳纳米电子器件阵列能够与三维生物组织形成稳定的信号转导界面，从而实现了对动物在体电生理信号的实时、高灵敏的多通道测量。 

　　该工作发表在近期的 Advanced Materials，上述研究得到了国家自然科学基金委的支持。（详见链接http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201403722/abstract） 

　　图1 全碳纳米晶体管器件 

　　图2 柔性全碳纳米电子器件阵列(a)及其对大鼠电生理信号的多通道检测(b)