Grafeen-kwantumdots (GQD's) zijn vanwege hun unieke elektronische en optische eigenschappen veelbelovende materialen gebleken voor verschillende toepassingen. Onlangs heeft onderzoek aangetoond dat GQD's een groot potentieel hebben als nieuwe magnetische veldsensoren. Hier is een overzicht van hun eigenschappen en hoe ze kunnen worden gebruikt voor magnetische velddetectie:

Eigenschappen van grafeen Quantum Dots:

GQD's zijn klein, doorgaans minder dan 10 nanometer groot, en bestaan ​​uit een paar lagen grafeen. Ze vertonen veel opmerkelijke eigenschappen, waaronder:

- Hoge oppervlakte-volumeverhouding: Deze eigenschap zorgt ervoor dat GQD's sterk kunnen interageren met hun omgeving, waardoor ze gevoelig worden voor externe stimuli.

- Afstembare elektronische structuur: De bandafstand van GQD's kan worden aangepast door hun grootte, vorm en chemische samenstelling te variëren, waardoor op maat gemaakte magnetische velddetectiemogelijkheden mogelijk zijn.

- Sterke kwantumopsluitingseffecten: De kwantumopsluiting van ladingsdragers in GQD's geeft ze unieke optische en elektronische eigenschappen, die kunnen worden benut voor detectiedoeleinden.

Magneetvelddetectie met GQD's:

GQD's kunnen worden gebruikt voor het detecteren van magnetische velden op basis van verschillende mechanismen:

- Magneto-fotoluminescentie (MPL) effect: De toepassing van een magnetisch veld kan de fotoluminescentie-eigenschappen (PL) van GQD's veranderen. Het magnetische veld beïnvloedt de elektronische energieniveaus en recombinatieprocessen, wat leidt tot veranderingen in de PL-intensiteit of golflengte. Door deze PL-veranderingen te monitoren, kan de aanwezigheid en sterkte van een magnetisch veld worden gedetecteerd.

- Magnetoweerstandseffect (MR): De weerstand van GQD's kan worden beïnvloed door de aanwezigheid van een magnetisch veld. Dit MR-effect komt voort uit de modulatie van de mobiliteit van ladingsdragers en spin-afhankelijk transport binnen de GQD-structuur. Door de weerstandsvariaties te meten kunnen magnetische velden worden gedetecteerd en gekwantificeerd.

- Contrastverbetering door magnetische resonantiebeeldvorming (MRI): GQD's kunnen worden gefunctionaliseerd met magnetische resonantiecontrastmiddelen om het contrast van MRI-beelden te verbeteren. Dankzij de magnetische eigenschappen van GQD's kunnen ze interageren met het omringende magnetische veld en de relaxatietijden van waterprotonen in weefsels beïnvloeden. Dit maakt de detectie van magnetische velden in biologische systemen mogelijk en geeft inzicht in fysiologische processen.

Toepassingen van op GQD gebaseerde magnetische veldsensoren:

De ontwikkeling van op GQD gebaseerde magneetveldsensoren heeft verschillende potentiële toepassingen op diverse gebieden geopend:

- Biomedische beeldvorming: GQD's kunnen worden gebruikt als MRI-contrastmiddelen om de detectie van tumoren, bloedvaten en andere biologische structuren te verbeteren. Hun magnetische veldgevoeligheid zorgt voor verbeterde beeldvormingsmogelijkheden in de medische diagnostiek.

- Geofysische verkenning: Op GQD gebaseerde sensoren kunnen worden gebruikt bij geofysische onderzoeken om magnetische velden in de aardkorst te detecteren en te meten. Deze informatie is waardevol voor het begrijpen van geologische structuren en de exploratie van mineralen.

- Industriële kwaliteitscontrole: GQD's kunnen worden geïntegreerd in sensoren voor het monitoren en controleren van magnetische velden in industriële processen, waardoor de goede werking van machines en apparatuur wordt gegarandeerd.

- Magneetveldtoewijzing: GQD-sensoren kunnen worden gebruikt om gedetailleerde kaarten van magnetische velden te maken, waardoor inzicht wordt verkregen in magnetische verschijnselen in verschillende wetenschappelijke en technische toepassingen.

Het onderzoek en de ontwikkeling van op GQD gebaseerde magnetische veldsensoren evolueren snel en bieden veelbelovende verbeteringen in detectietechnologieën en maken nieuwe mogelijkheden op verschillende gebieden mogelijk. De unieke eigenschappen van GQD's en hun gevoeligheid voor magnetische velden maken ze zeer geschikt voor een breed scala aan toepassingen, van biomedische diagnostiek tot industriële kwaliteitscontrole en geofysische verkenning.