卡爾斯魯厄理工學(xué)院 (KIT) 和達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新型氣體分子傳感器。 為此，他們將石墨烯晶體管與特制的有機(jī)金屬涂層相結(jié)合。 創(chuàng)新的傳感器精確地檢測(cè)分子，并為全新類型的傳感器鋪平了道路。 作為原型示例，該小組將展示一種不會(huì)與其他酒精或水分發(fā)生反應(yīng)的乙醇傳感器。 他們?cè)?《Advanced Materials 》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。 (DOI: 10.1002 / adma.202103316)
無(wú)論是在汽車或智能手機(jī)中，還是在研究實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)廠房中，傳感器已經(jīng)無(wú)處不在。 它們記錄某些物理或化學(xué)特性，例如壓力、應(yīng)變或氣體分子，并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 因此，傳感器的進(jìn)一步發(fā)展對(duì)技術(shù)進(jìn)步至關(guān)重要。 傳感器的特點(diǎn)是它們的選擇性，即即使在存在其他潛在干擾特性的情況下也能檢測(cè)到某種特性，以及它們的靈敏度，即檢測(cè)甚至低值的能力。
KIT 和達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)的研究人員現(xiàn)已成功開發(fā)出一種新型的氣相分子傳感器。 正如科學(xué)家們?cè)?《Advanced Materials 》雜志上報(bào)道的那樣，這種新型傳感器的功能原理基于靈敏的石墨烯晶體管與特制的有機(jī)金屬涂層的組合。 這種組合能夠選擇性地檢測(cè)分子。作為原型示例，作者展示了一種特定的乙醇傳感器，與目前可用的商業(yè)傳感器不同，它不會(huì)對(duì)其他酒精或水分起反應(yīng)。
石墨烯是具有二維結(jié)構(gòu)的碳的變體。 就其本質(zhì)而言，石墨烯對(duì)積聚在表面的外來(lái)分子高度敏感。 “然而，石墨烯本身沒(méi)有任何分子特異性相互作用，這是用作傳感器所必需的，”KIT 納米技術(shù)研究所 (INT) 和達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)研究所教授 Ralph Krupke 解釋說(shuō)。 他與 KIT INT 的 Wolfgang Wenzel 教授和 KIT 功能接口研究所 (IFG) 負(fù)責(zé)人 Christof Wöll 教授一起負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究。 第一作者是 Sandeep Kumar，他在 KIT 的 Ralph Krupke 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究，目前正在達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)研究所攻讀分子納米結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的博士學(xué)位。
傳感器可以精確調(diào)整
金屬有機(jī)框架 (MOF) 由金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)分子作為連接支柱組成。 通過(guò)各種組合，這些高度多孔的結(jié)晶材料可以針對(duì)各種應(yīng)用進(jìn)行定制，例如為了實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器中某些分子的選擇性吸收能力。 卡爾斯魯厄和達(dá)姆施塔特的研究人員通過(guò)在石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (GFET) 上直接生長(zhǎng)表面貼裝金屬有機(jī)框架 (SURMOF)，展示了一種選擇性傳感器平臺(tái)。 這種組件受益于 GFET 的高靈敏度和簡(jiǎn)單讀出以及 SURMOF 的高選擇性。
“石墨烯獨(dú)特的電子特性與 MOF 巨大的化學(xué)可變性的結(jié)合開辟了巨大的潛力，”克里斯托夫沃爾說(shuō)。 由于 SURMOF 可以以多種變體生產(chǎn)，并且 GFET 和 SURMOF 之間的界面可以采用不同的化學(xué)方式設(shè)計(jì)，因此來(lái)自卡爾斯魯厄和達(dá)姆施塔特的研究人員的工作為開發(fā)具有精確調(diào)整選擇性和靈敏度的全新類型傳感器鋪平了道路。 “這是模擬可以提供幫助的地方，”Wolfgang Wenzel 解釋說(shuō)，因?yàn)槲覀兛梢栽谟?jì)算機(jī)上構(gòu)建許多 MOF，而無(wú)需合成它們。”
摘自《The Graphene Council》
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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