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我单位学生张姝、李玉芬等在一区学术期刊Nano Research上发表封面文章《新兴数字健康物联网驱动的碳纳米管应用研究》，文章的发布获得开放存取（open access），可以得到读者的广泛阅读。逄金波老师、杨烽老师、G Cuniberti教授、刘宏教授为通讯作者。

 

1、背景介绍：

人们对高质量生活和健康长寿的美好愿景，随着数字健康技术的发展，逐渐成为现实，数字健康的演化大致分为五个阶段：通过互联网检索信息，通过社交网络了解他人，通过可穿戴器件监测自身，通过大数据来分析人群，以及通过物联网来连接一切。诚然，物联网的兴起，引发了医养健康行业的技术革新和产业升级，例如通过各类传感器进行环境及人体指标等的实时监测，基于射频及5G等通信技术的无线数据传输、和基于高性能处理器和云计算的大数据分析等。

碳基电子学为数字健康物联网的各方面应用都提供了器件基础：例如各类通用传感器、射频芯片的构筑、捕获WiFi等环境电磁波实现自供能、高性能并行计算的突触晶体管、高性能处理器和全碳纳米管计算机等。碳纳米管显示出非凡的电子、光学和力学性质，并被应用到到集成电路、生物医学成像和传感、微纳机电系统和超强伸缩绳索等功能器件中。碳纳米管的手性决定了其性质，因此，制备结构可控的碳纳米管成为该领域最重要的目标。近十年来，已有综述文章从不同角度介绍手性可控碳纳米管制备，从化学气相沉积法到溶液处理法的分类收集，到晶圆级碳纳米管阵列的自组装。然而，基于物联网数字健康驱动的碳纳米管应用很少被报道。本文重点介绍了碳纳米管与物联网相关的应用，包括集成电路、人工突触阵列、化学传感器、电子皮肤和DNA识别等。结语中介绍了碳纳米管研究的新趋势和未来机遇。

2、成果简介：

碳纳米管在电子、传感器、医疗保健和能源转换等领域引起了人们的极大关注。近期5 nm 碳纳米管基晶体管的报道，使得人们不断挖掘出碳纳米管新的巨大潜力，因此，碳纳米管的结构控制生长（尤其是手性可控生长），重新引起了人们对碳基电子学的广泛关注和大量研究。基于此，济南大学逄金波-刘宏教授团队/南方科大杨烽/德国Cuniberti教授及合作者总结了碳纳米管在数字健康物联网驱动下电子器件方面的应用(图1)，如场效应晶体管、数字逻辑电路、DNA测序、分子传感器、离子检测等，并受邀设计期刊封面。首先介绍了碳纳米管的可控合成方法和溶液相提纯方法；并总结了与器件应用相关的碳纳米管的可控合成最新进展；随后对电子器件进行了基本的介绍，包括场效应晶体管、通用传感器和逻辑门。介绍了压阻式电子皮肤及热电发电等。提出了碳纳米管在物联网和人工智能等领域的潜力和前景。本文有望为高质量碳纳米管的可控合成和物联网时代的可穿戴电子学、数字健康、医疗保健等领域引用起到启发的作用。

 

图1. 数字健康物联网驱动的碳纳米管器件及应用研究

 

 

 

 

要点1：碳基电子器件应用

  浮栅碳纳米管晶体管在制造用于神经形态计算的人工突触方面有相当大的潜力。与原子开关和忆阻器相比，晶体管的工作原理简单，集成度高。使用9×8 CNT晶体管阵列作为突触已经成功地执行了选择性和并行权重更新(图2)。这种人工突触阵列通过卷积运算确保了照片的特征提取，从而有助于通过神经形态计算进行大数据处理。

 

 

图2. 基于s-SWCNT薄膜的典型浮栅FET阵列用于突触并行计算。

 

面向物联网生态系统的三个方面，即数据采集、数据传输、数据分析，文章提出了碳纳米管器件在传感器、数据处理和人工智能的未来机遇。确实，通用传感器、用于5G通信的高频晶体管以及用于人工智能的感知-执行方面仍然赋予碳基电子学极大的发展空间。其中，基于碳纳米管的五种感官传感器，分别为电子眼、电子耳、电子鼻、电子舌及电子皮肤，具有巨大的潜力和商业价值。未来仍需深入探究这些感官器件和模组的高度集成，即融合多个感官、分布式联网和对刺激的响应（致动器）以及无线通信模块，以及拓展碳基电子学器件和系统等在医养健康行业的人体数据检测、数据传输和大数据分析以及拯救生命的智能干预等可能的应用场景。

 

3、 通讯作者简介：

 

逄金波, 济南大学前沿交叉科学研究院，副研究员，硕士生导师（化学专业）。主要研究领域：二维材料的晶圆级可控合成和范德华异质结构筑及其在电子、光电子器件上的应用；碳纳米材料的电子、光电子学应用。主要研究成果：近年来在碳纳米管、石墨烯、过渡金属硫属化合物（二硒化钨）和贵金属硫属化合物（硫化铂、二硒化钯）等信息材料的设计理论、关键合成、基础应用等方面做出了较大贡献。以项目负责人承担国家自然科学基金、和山东省自然科学基金等多项课题。在包括 Adv. Energy Mater.、InfoMat、ACS Energy Lett.、Nano-Micro Lett.、ACS Nano、Nano Res.、Chem. Soc. Rev.、Appl. Energy、Adv. Opt. Mater.、Solar RRL、Mater. Adv.等学术期刊上发表 SCI 文章 58 余篇，被引2893余次，H 因子为 26，获授权发明专利1项。

Email: ifc_pangjb@ujn.edu.cn

网页：https://publons.com/researcher/1226317/jinbo-pang/

2022招收化学专业学硕1枚：欢迎报考或调剂。http://2021.yzadm.ujn.edu.cn/Page/Dsxx/ssds_data/ssds_id/6c901fd7-ce69-6cda-5e4a-648d9fe187ab/status/1.html

 

刘宏，济南大学前沿交叉科学研究院院长，山东大学晶体材料国家重点实验室教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国硅酸盐学会晶体生长分会理事，中国光学学会材料专业委员会会员理事，中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事。主要研究方向：生物传感材料与器件、纳米能源材料、组织工程与干细胞分化、光电功能材料等。十年来，主持了包括十五、十一五、十二五863、十三五国家重点研发项目和自然基金重大项目、自然基金重点项目在内的十余项国家级科研项目，取得了重要进展。2004至今，在包括Adv. Mater., Nano Letters, ACS Nano, J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater, Energy Environ. Sci.等学术期刊上发表SCI文章300余篇，其中，个人文章总被引次数超过23000次，H因子为72，30余篇文章被Web of Science的ESI（Essential Science Indicators）选为 “过去十年高被引用论文”（Highly Cited Papers (last 10 years))，文章入选2013年中国百篇最具影响国际学术论文，2015和2019年度进入英国皇家化学会期刊“Top 1% 高被引中国作者”榜单。2018至2021连续四年被科睿唯安评选为“全球高被引科学家”。应邀在化学顶尖期刊Chemical Society Review和材料顶尖期刊Advanced Materials和 Advanced Energy Materials上发表综述性学术论文，在国际上产生重要影响。授权专利30余项，研究成果已经在相关产业得到应用。2019年获得山东省自然科学一等奖。

Email: hongliu@sdu.edu.cn

网页：https://publons.com/researcher/1598713/hong-liu/

4、 第一作者简介：

张姝，济南大学，高分子专业2017级本科生，于2018年进入前沿交叉科学研究院进行课外科研活动，导师：逄金波老师，在包括InfoMat、Nano Research、Advanced Materials Technologies、Nanotechnology等期刊发表（或已接收）4篇第一(或共一)作者的SCI论文，合作发表InfoMat、ACS Sensors等SCI文章2篇。现于国家纳米中心硕博连读。

 李玉芬，济南大学，前沿交叉科学研究院化学专业2020级硕士生。导师：逄金波老师，方向是二硒化钯的大面积合成及光电子应用。在包括ACS Sensors、Nano Research、Nanotechnology等期刊发表3篇第一作者(或共一)的SCI论文，合作发表InfoMat、Nano-Micro Letters、Materials Advances、Advanced Materials Technologies等SCI文章4篇，参加学术会议2次。

 

原文链接： https://doi.org/10.1007/s12274-021-3986-7

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12274-021-3986-7

 

济南大学逄金波-刘宏教授团队：新兴数字健康物联网驱动的碳纳米管应用研究

 

该中文资料发表于微信公众号NanoResearch，网页链接为：

Nano Res.│济南大学逄金波-刘宏教授团队：新兴数字健康物联网驱动的碳纳米管应用研究  2022-01-18

https://mp.weixin.qq.com/s/VGNSehyJEwdI1pJh4f3m_g

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