Ny teknik, der bruges til at studere grafeners reaktion på luft

Et internationalt team af forskere under ledelse af National Physical Laboratory (NPL) har udført nye målinger af grafens elektriske reaktion på syntetisk luft, afsløre et tydeligt vidensgab, der skal overgås før kommercialisering af grafenbaserede gassensorer.

Tidlig gasdetektering er afgørende på mange områder, herunder miljøbeskyttelse, medicinsk diagnose og nationalt forsvar. Graphene, 'undermaterialet' bestående af et todimensionalt lag af carbonatomer, har tiltrukket megen opmærksomhed for sine potentielle gasføler -applikationer.

Når overfladen af ​​grafen er blottet for visse kemikalier, disse kemikalier enten donerer eller trækker elektroner tilbage fra grafen, forårsager en ændring i den elektriske resistivitet. Graphene er utrolig følsom over for denne proces, faktisk er den så følsom, at kun et enkelt molekyle nitrogendioxid kan forårsage en målbar ændring. En grafenbaseret gassensor ville bruge disse elektriske ændringer til at detektere målkemikaliet.

Imidlertid, det er ikke så enkelt. Gassensorer skal udsættes for miljøet for at detektere målarten, men grafen er følsom over for så mange forskellige kemikalier, at dets elektriske resistivitet ændrer sig væsentligt i omgivende luft alene. Dette gør det vanskeligt at skelne mellem de ændringer, der er forårsaget af målgassen, og dem, der forårsages af det naturlige miljø.

I en ny undersøgelse, en gruppe forskere fra NPL, Chalmers University of Technology og US Naval Research Laboratory har brugt en ny teknik til at undersøge effekten af ​​omgivende luft på grafen i et kontrolleret miljø for at karakterisere dets respons.

Forskerne undersøgte virkningerne af nitrogen, ilt, vanddamp og nitrogendioxid (i koncentrationer, der typisk findes i omgivende luft) på epitaksial grafen inde i et kontrolleret miljøkammer. Alle målinger blev udført ved NPL ved at anvende Kelvin sondekraftmikroskopi, samtidig med at transport (modstand) målinger blev udført. Denne nye kombination gav forskere den unikke evne til at forbinde de lokale og globale elektroniske egenskaber sammen, en opgave, der tidligere har vist sig at være vanskelig.

Studiet, udgivet i 2D -materialer, eksperimentelt viste, at kombinationen af ​​anvendte gasser ikke fuldstændigt replikerer virkningerne af omgivende luft; selv ved højere koncentrationer end dem, der findes i den typiske atmosfære, der er en stor forskel i grafens respons. Dette resultat modsiger tidligere litteratur, som hovedsageligt har tilskrevet ændringerne i grafens elektroniske egenskaber til disse gasser. Og det rejser spørgsmålet:"Hvilke mystiske kemikalier forårsager dette betydelige svar?"

Det er klart at, mens grafenbaserede gassensorer har et stort potentiale, der er stadig meget forskning, der skal gøres. Yderligere efterforskning er nødvendig for at finde den manglende forbindelse mellem de effekter, der ses i kontrollerede laboratorier, og de effekter, der ses i omgivende luft. Forskere er også interesserede i at studere metoder til optimering af enhederne ved at indsnævre følsomheden over for specifikke målarter, såsom kemisk funktionalisering.