Laser-skrevet grafen til sensorer

Med udviklingen af ​​informationsæraen er sensorer, der er i stand til at transmittere og detektere information, blevet den førende måde at opnå information på. Derfor er det vigtigt at bygge et sensorsystem med et bredt detektionsområde, høj følsomhed og hurtig respons.

For nylig har grafenmaterialer fået stigende opmærksomhed for sensorapplikationer på grund af deres fremragende elektriske ledningsevne og fysiske, optiske, termiske og strukturelle egenskaber. Disse applikationer omfatter hovedsageligt påvisning af fysiske egenskaber såsom tryk og mekanisk belastning, kemiske stoffer såsom glucose, dopamin, proteiner, tungmetaller og organiske forurenende stoffer, samt påvisning af gas, temperatur og fugtighed.

I et nyt papir udgivet i Light:Advanced Manufacturing , videnskabsmænd ledet af læge Zhengfen Wang og professor Xi Chen fra University of Shanghai for Science and Technology har gennemgået laserskrevet grafen (LSG) til sensorfremstilling.

Grafen er blevet fremstillet med forskellige metoder, såsom mekanisk eksfoliering, kemisk dampaflejring (CVD), epitaksial vækst og kemisk reduktion af grafenoxid. Grafen af ​​høj kvalitet kan opnås ved mekanisk eksfoliering, men den lave effektivitet forhindrer produktion af grafen i stor skala.

CVD-metoden betragtes som den mest lovende metode til at forberede store områder og grafen af ​​høj kvalitet, men CVD-metoden er begrænset af højt energiforbrug og omkostninger. Grafenfilm fremstillet ved den epitaksiale vækstmetode har god elektrisk ledningsevne og høj optisk transmittans. De kræver dog højtemperaturbehandling, energiforbrug og overførselsomkostninger. Kemisk reduktion af grafenoxid er lav i omkostninger og høj effektivitet, men skaber miljøforureningsproblemer under forberedelsesprocessen. Derfor forbliver grafens billige, højeffektive, forureningsfrie fremstillingsmetoder meget interessante.

Laser-direkteskrivningsteknikken har for nylig tiltrukket forskningsapplikationer inden for forskellige områder på grund af dens unikke fordele ved selektiv og lokaliseret reduktion, præcis og hurtig mønsterdannelse og fraværet af masker og yderligere kemikalier. Med laser-direkte-skriveteknikken bruges en laser til at bestråle kulstofprækursorerne og generere grafen ved in-situ-skrivning. Hele laserskriveprocessen tager kun et par minutter, hvilket markant forbedrer effektiviteten ved fremstilling af grafen.

De fremragende egenskaber med højt overfladeareal, høj termisk stabilitet og høj elektrisk ledningsevne udvist af LSG-film har ført til dets anvendelse i en lang række applikationer. Disse applikationer omfatter fotodetektorer, sensing, energilagring, memristorer, holografi, antibakterielle applikationer og antenner.

Forskerholdet diskuterede forberedelsen og modifikationen af ​​LSG, som kan fremstilles af forskellige laserlyskilder og prækursorer, herunder kulstofprækursorer som GO og PI. Konventionelle grafenforberedelsesmetoder er energikrævende, dyre eller miljøvenlige, men denne laserskrivemetode til grafenforberedelse overvinder disse ulemper. LSG kan modificeres i ét trin ved at justere laserparametrene, atmosfæren og doping. Det store overfladeareal, den gode elektriske ledningsevne og den enkle og effektive fremstillingsproces af LSG gør det fremragende potentiale til sensorapplikationer.

Forskerholdet opsummerede anvendelserne af LSG i stresssensorer, biosensorer, gassensorer, temperatursensorer og fugtsensorer. Sensorernes ydeevne kan optimeres ved at bruge den passende lasereffekt, scanningshastighed, scanningsafstand og passende doping i forberedelsen af ​​LSG. For multifunktionelle sensorer kan krydstale mellem forskellige signaler reduceres ved strukturelle designs og mønstre. Især den fleksible mønstrede præparation og forskellige fleksible substrater gør LSG også lovende til bærbare sensorapplikationer.

Flere oplysninger: Xing Liu et al., Laser-skrevet grafen til sensorer:forberedelse, modifikation, applikationer og fremtidsudsigter, Light:Advanced Manufacturing (2023). DOI:10.37188/lam.2023.011

Leveret af TranSpread