تولید حسگر گازی با گرافن حاوی نقص ساختاری

گرافن ماده‌ای است که می‌توان از آن به عنوان حسگر شیمیایی و گازی استفاده کرد، البته مشروط بر این که گرافن دارای نقص ساختاری باشد. نتایج تحقیقات یک تیم تحقیقات کره‌ای و آمریکایی نشان می‌دهد که اگر از گرافن بدون نقص و دست‌نخورده روی زیرلایه‌ای حاوی نقص نیز استفاده شود، همین ویژگی می‌تواند در گرافن ایجاد شود.

گرافن مساحت سطحی بالایی دارد که تقریباً ۲۶۰۰ مترمربع در هر گرم است. به دلیل وجود این ویژگی، مولکول‌های گازی می‌تواند روی سطح این ماده جذب شوند. از سوی دیگر سرعت حاملین بار در گرافن ۲۵۰۰ تا ۴۰۰۰۰ cm²V^–۱s^–۱ است که با این ویژگی گرافن می‌تواند تعداد بیشتری از مواد شیمیایی یا زیستی را شناسایی کند.

این گروه تحقیقاتی از دانشگاه ایلینویز در تحقیقات پیشین خود دریافته بودند که حسگرهای مبتنی بر گرافن می‌توانند برای شناسایی گازها مورد استفاده قرار گیرند. اما تنها گرافن‌های حاوی نقص ساختاری برای این کار مناسب هستند. اما تحقیقات اخیر آنها نشان می‌دهد که گرافن‌های دست‌نخورده نیز می‌تواند برای این کار مناسب باشد. این نتایج موجب حیرت محققان شده است.

صالحی خوجین از محققان این پروژه می‌گوید ما دریافتیم که گرافن‌های دست‌نخورده نیز در صورتی که روی زیرلایه‌ای حاوی نقص قرار گیرند، می‌توانند حساسیت لازم را برای شناسایی گاز از خود نشان دهند. این نقص موجب تلفیق خواص الکترونیکی مواد کربنی می‌شود.

در این پروژه، محققان گرافن را با استفاده از لایه برداری مکانیکی ایجاد کردند که به روش لایه برداری با چسب معروف است. این روش منجر به تولید گرافن‌هایی عاری از نقص می‌شود. این گروه تحقیقاتی به بررسی رفتار حسگر گرافنی با گرافن دست‌نخورده و گرافنی که روی زیرلایه سیلیکا نقص‌دار قرار دارد پرداختند. آنها با استفاده از روش تزریق پالسی به بررسی جریان عبوری از حسگر پرداختند. حساسیت هر حسگر با استفاده از تغییر جریان اولیه نسبت به جریان در حین عبور گاز تعیین می‌شود.

نتایج نشان داد که هر دو این گرافن‌ها نسبت به مولکول‌های گاز حساس هستند. به نظر می‌رسد وجود زیرلایه نقص‌دار می تواند موجب بروز خواص الکترونیکی ویژه‌ای در گرافن شود در نتیجه گرافن رفتاری همانند زمانی دارد که تقویت شده است. محققان این پروژه به این نتیجه رسیدند که گرافن برای این که بتواند به عنوان حسگر مورد استفاده قرار گیرد، باید نقص ساختاری داشته باشد و یا به صورت خارجی به آن نقص اعمال شود.

نتایج این پژوهش ها در نشریه Nano Letters منتشر شده است.