卡爾斯魯厄理工學院 (KIT) 和達姆施塔特技術大學的研究人員開發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金屬涂層相結合。 創新的傳感器精確地檢測分子，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與其他酒精或水分發生反應的乙醇傳感器。 他們在 《Advanced Materials 》雜志上發表了他們的研究結果。 (DOI: 10.1002 / adma.202103316)
無論是在汽車或智能手機中，還是在研究實驗室或工業廠房中，傳感器已經無處不在。 它們記錄某些物理或化學特性，例如壓力、應變或氣體分子，并轉發數據進行處理。 因此，傳感器的進一步發展對技術進步至關重要。 傳感器的特點是它們的選擇性，即即使在存在其他潛在干擾特性的情況下也能檢測到某種特性，以及它們的靈敏度，即檢測甚至低值的能力。
KIT 和達姆施塔特技術大學的研究人員現已成功開發出一種新型的氣相分子傳感器。 正如科學家們在 《Advanced Materials 》雜志上報道的那樣，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金屬涂層的組合。 這種組合能夠選擇性地檢測分子。作為原型示例，作者展示了一種特定的乙醇傳感器，與目前可用的商業傳感器不同，它不會對其他酒精或水分起反應。
石墨烯是具有二維結構的碳的變體。 就其本質而言，石墨烯對積聚在表面的外來分子高度敏感。 “然而，石墨烯本身沒有任何分子特異性相互作用，這是用作傳感器所必需的，”KIT 納米技術研究所 (INT) 和達姆施塔特工業大學材料科學研究所教授 Ralph Krupke 解釋說。 他與 KIT INT 的 Wolfgang Wenzel 教授和 KIT 功能接口研究所 (IFG) 負責人 Christof Wöll 教授一起負責這項研究。 第一作者是 Sandeep Kumar，他在 KIT 的 Ralph Krupke 實驗室進行研究，目前正在達姆施塔特工業大學材料科學研究所攻讀分子納米結構領域的博士學位。
傳感器可以精確調整
金屬有機框架 (MOF) 由金屬節點和有機分子作為連接支柱組成。 通過各種組合，這些高度多孔的結晶材料可以針對各種應用進行定制，例如為了實現對傳感器中某些分子的選擇性吸收能力。 卡爾斯魯厄和達姆施塔特的研究人員通過在石墨烯場效應晶體管 (GFET) 上直接生長表面貼裝金屬有機框架 (SURMOF)，展示了一種選擇性傳感器平臺。 這種組件受益于 GFET 的高靈敏度和簡單讀出以及 SURMOF 的高選擇性。
“石墨烯獨特的電子特性與 MOF 巨大的化學可變性的結合開辟了巨大的潛力，”克里斯托夫沃爾說。 由于 SURMOF 可以以多種變體生產，并且 GFET 和 SURMOF 之間的界面可以采用不同的化學方式設計，因此來自卡爾斯魯厄和達姆施塔特的研究人員的工作為開發具有精確調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，因為我們可以在計算機上構建許多 MOF，而無需合成它們。”
摘自《The Graphene Council》
轉自《石墨烯研究》公眾號
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