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- “智能”石墨烯傳感器
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/9/7
（a）在石墨烯傳感器上吸附的CO2分子（b）在零電場(chǎng)下吸附的分子與石墨烯之間的范德華（vdW）相互作用。
單層石墨烯是一種原子層厚的碳片，已在包括化學(xué)傳感器和電子檢測(cè)單分子吸附事件在內(nèi)的各種領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，在基于石墨烯的傳感器中，監(jiān)測(cè)物理吸附的分子誘導(dǎo)的石墨烯電響應(yīng)變化已變得普遍。由于吸附氣體和石墨烯之間獨(dú)特的電場(chǎng)依賴性電荷轉(zhuǎn)移，物理吸附分子-石墨烯相互作用的電場(chǎng)調(diào)節(jié)可增強(qiáng)氣體感應(yīng)�；谶@種獨(dú)特的電可調(diào)電荷轉(zhuǎn)移，可以預(yù)測(cè)石墨烯傳感器中的分子識(shí)別，這是不同吸附分子的特征。
然而，為了在石墨烯 傳感器中實(shí)現(xiàn)分子識(shí)別功能，需要了解在關(guān)閉電場(chǎng)后氣體吸附/解吸事件以及石墨烯-氣體分子相互作用的保留。到目前為止，在關(guān)閉電場(chǎng)后，石墨烯-氣體分子的鍵合作用被認(rèn)為是由環(huán)境熱能隨機(jī)化的，這并不奇怪，因?yàn)檫@些相互作用是范德華（vdW）鍵合，因此固有地很弱。盡管如此，這種石墨烯-氣體分子vdW鍵的熱隨機(jī)化假設(shè)尚未通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這是石墨烯氣體傳感器中基于電可調(diào)電荷轉(zhuǎn)移的分子識(shí)別的主要缺點(diǎn)。
為了闡明在有和沒(méi)有進(jìn)行電場(chǎng)調(diào)諧的情況下石墨烯上吸附的氣體分子的鍵合保持力，Osazuwa Gabriel Agbonlahor（現(xiàn)任博士生），Tomonori Imamura（已畢業(yè)的碩士研究生），Manoharan Murugananthan博士（高級(jí)講師）和Mizuta的Hiroshi Mizuta教授日本高級(jí)科學(xué)技術(shù)研究院（JAIST）的實(shí)驗(yàn)室在不同電場(chǎng)下監(jiān)測(cè)了石墨烯上吸附的CO 2分子隨時(shí)間的vdW相互作用衰減。利用電場(chǎng)調(diào)節(jié)吸附氣體與石墨烯之間的相互作用，吸附CO 2之間的電荷轉(zhuǎn)移在打開(kāi)和關(guān)閉調(diào)諧電場(chǎng)期間監(jiān)測(cè)分子和石墨烯。值得注意的是，在關(guān)閉電場(chǎng)后數(shù)小時(shí)，石墨烯-氣體分子的范德華相互作用得以保留，這證明了先前施加的電場(chǎng)強(qiáng)度和方向的電荷轉(zhuǎn)移和載流子散射保留特性，即吸附的CO 2分子顯示出“ vdW綁定內(nèi)存”。
由于這種鍵合記憶，可以在關(guān)閉電場(chǎng)后數(shù)小時(shí)研究石墨烯上吸附氣體分子的電荷轉(zhuǎn)移和散射特性，這對(duì)于根據(jù)吸附分子對(duì)施加的電的特征性電荷轉(zhuǎn)移響應(yīng)來(lái)識(shí)別吸附分子至關(guān)重要領(lǐng)域。此外，這些電調(diào)諧吸附分子的長(zhǎng)鍵合保留時(shí)間（超過(guò)2小時(shí)），使基于石墨烯的傳感器成為開(kāi)發(fā)“智能”傳感器平臺(tái)的平臺(tái)，該傳感器適用于存儲(chǔ)設(shè)備和構(gòu)象開(kāi)關(guān)中的“超傳感”應(yīng)用。
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