Вчені створили високочутливі датчики на базі чистого графена

Як показали в своїй останній роботі вчені із США і Кореї, графен може використовуватися для створення високочутливих газових і хімічних датчиків. Правда, можливо це, тільки якщо вуглецевий матеріал містить дефекти кристалічної решітки. Варто відзначити, що в рамках своїх досліджень вчені виявили один цікавий факт: виявилося, що графен, не містить дефектів, веде себе точно так само, як «дефектний», якщо він поміщений на підкладку з зовнішніми дефектами.

Схематичне зображення двох ситуацій, розглянутих на експерименті.

Графен являє собою двовимірні листи атомів вуглецю, розташованих у вузлах гексагональної кристалічної решітки.

Завдяки високій площі поверхні цей матеріал може бути використаний для виявлення адсорбованих на ній окремих молекул газу. При цьому в порівнянні з іншими речовинами графен може «відчути» набагато більше число хімічних речовин і біомаркерів за рахунок високої рухливості вільних зарядів (яка може змінюватись в межах від 2500 до 40000 кв. см/В*с).

В попередній роботі команда вчених з University of Illinois (США) показала, що на основі графену можна побудувати датчики, які фіксують навіть одну молекулу газу, але тільки за умови, що цей матеріал містить внутрішні дефекти.

Таким чином,

виявлена тепер спільно з колегами з Korea Research Institute of Standards and Science і Seoul National University (Корея) можливість будувати такі електронні пристрої, як хімічні польові транзистори чи високочутливі газові аналізатори, на «чистому» графені стала несподіванкою.

У своїй новій роботі вчені досліджували графен, отриманий методом механічного відшаровування.

Цей метод, що дозволяє виробляти практично бездефектні фрагменти графена, вперше був застосований для виробництва даного матеріалу в 2004 році.

В рамках своєї роботи вчені вивчали поведінку як самостійних графенових датчиків, так і датчиків розміщених на чистих (бездефектних) поверхнях. У рамках експерименту графенові пристрою піддавалися впливу відомих молекул, в ході якого записувалося зміну струму, що проходить через зразки. Чутливість кожного датчика визначалася відношенням зміни струму до його первісного значення.

Було виявлено, що

датчики з чистого графену (як самостійні, так і розміщені на бездефектної поверхні оксиду кремнію) нечутливі до молекул газу. Однак датчики, побудовані на основі підкладки з оксиду кремнію з зовнішніми дефектами, які показали сильний відгук на вплив з боку молекул газу.

Як вважають вчені, дефектна підкладка в цьому випадку моделює електронні властивості графену, і, отже, пристрій на основі чистого графена працює також, як пристрій на базі матеріалу з «скоригованими» за допомогою легування властивостями. Таким чином,

вчені зробили висновок про те, що графен потребує або у внутрішніх дефектах, або зовнішні дефекти на поверхні підкладки, щоб використовуватися в якості інструменту для детектування газу.

Як вважає наукова група, здатність контролювати електронні властивості графену, використовуючи зовнішні дефекти підкладки, в майбутньому буде дуже затребувана при проектуванні датчиків і інших електронних пристроїв на базі цього дивного матеріалу. Зараз команда працює над дослідженням того, як щільність і тип дефектів підкладки модулює властивості хімічного датчика.

Детальні результати роботи опубліковані в журналі Nano Letters.

Джерело(і):

1. nanotechweb.org

2. sci-lib.com

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *