Onderzoekers hebben een techniek ontdekt om de gevoeligheid van chemische grafeensensoren te regelen.

De sensoren, gemaakt van een isolerende basis bedekt met een grafeenlaag - een enkel atoom dikke laag koolstof - zijn al zo gevoelig dat ze een individueel gasmolecuul kunnen detecteren. Maar het manipuleren van de chemische eigenschappen van de isolerende laag, zonder de grafeenlaag te veranderen, kunnen hun vermogen om de kleinste concentraties van verschillende gassen te detecteren nog verbeteren.

De bevinding "opent geheel nieuwe mogelijkheden voor modulatie en controle van de chemische gevoeligheid van deze sensoren, zonder afbreuk te doen aan de intrinsieke elektrische en structurele eigenschappen van grafeen, " zegt Amin Salehi-Khojin, assistent-professor mechanische en industriële techniek aan de Universiteit van Illinois in Chicago, en hoofdonderzoeker van het onderzoek. Hij en zijn collega's van het UIC College of Engineering werkten samen met onderzoekers van het Beckman Institute en het Micro and Nanotechnology Laboratory van de University of Illinois in Urbana-Champaign en twee instellingen in Korea. Hun bevindingen worden gerapporteerd in het tijdschrift Nano-brief , vóór publicatie online beschikbaar.

Sinds de ontdekking bijna 10 jaar geleden, grafeen - in vellen, of in nanobuisjes gerold - heeft enorme wetenschappelijke belangstelling gewekt. Bestaat uit een enkele laag koolstofatomen, grafeen heeft potentieel voor gebruik in honderden hightech toepassingen. De 2D-structuur, het blootstellen van het volledige volume, maakt het aantrekkelijk als een zeer gevoelige gasdetector.

Het team van Salehi-Khojin, en anderen, eerder ontdekten dat chemische sensoren van grafeen voor hun gevoeligheid afhankelijk waren van een structurele fout rond een koolstofatoom. Ze wilden laten zien dat "ongerepte" grafeensensoren - gemaakt van grafeen dat perfect foutloos was - niet zouden werken. Maar toen ze deze sensoren testten, ze ontdekten dat ze nog steeds gevoelig waren voor sporengasmoleculen.

"Dit was een zeer verrassend resultaat, ' zei Salehi-Khojin.

De onderzoekers testten de sensor laag voor laag. Ze ontdekten dat ongerept grafeen ongevoelig is, zoals ze hadden voorspeld.

Vervolgens begonnen ze met het verwijderen van eventuele gebreken, of reactieve plaatsen die bungelende banden worden genoemd, van de isolerende laag. Toen een ongerepte isolatielaag werd getest met ongerept grafeen, weer was er geen gevoeligheid.

"Maar toen bungelende verbindingen weer werden toegevoegd aan de isolerende laag, we zagen een reactie, " zei Bijandra Kumar, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij UIC en eerste auteur van de Nano-brief studie.

"We zouden nu kunnen zeggen dat grafeen zelf ongevoelig is, tenzij het defecten heeft - interne defecten op het grafeenoppervlak, of uitwendige defecten op het substraatoppervlak, ", zei UIC-afgestudeerde student Poya Yasaei.

De bevinding opent een nieuwe "ontwerpruimte, "Zei Salehi-Khojin. Door externe defecten in de ondersteunende substraten te beheersen, kunnen grafeen-chemFET's worden ontwikkeld die nuttig kunnen zijn in een breed scala aan toepassingen.