Инженеры изготовили сенсор из немодифицированного графена, продемонстрировав потенциальные возможности применения двумерной аллотропной модификации углерода для изготовления сенсоров, распознающих значительный круг веществ.

C тех пор как в начале 2000-х годов был разработан простой метод выделения графена, популярность этой аллотропной модификации углерода стала расти.

Моноатомный слой углерода особенно интересен для инженеров, разрабатывающих сенсоры – каждый атом поверхности двумерного углерода может реагировать на изменения в окружении, тем не менее, сенсорные способности графена пока еще нельзя назвать изученными в полной мере.

Эрик Наллон (Eric Nallon), специалист по электронике, решил получить больше информации о производительности и селективности графена как материала для изготовления устройств, способных выступать в качестве сенсоров на газообразные вещества.

Наллон с коллегами начали свою работу со слоя графена площадью один квадратный сантиметр, расположенного на основе из диоксида кремния.

На поверхности такой системы были размещены титано-золотые электроды, в результате чего были получены чипы, способные распознавать различные газы. Принцип действия сенсора таков – летучие соединения, приближающиеся к поверхности графена, изменяют его электронные характеристики, влияя на величину сопротивления.

Различные молекулы вызывают разное изменение сопротивления графена, поэтому для каждого соединения может быть построен индивидуальный отклик – молекулярный отпечаток пальца.

Первоначально Наллон проверил, может ли разработанный в его группе сенсор различить вещества, относящиеся к разным классам: объектами первоначального тестирования были одиннадцать соединений от 2-нитротолуола до хлороформа; сенсор подвергался действию каждого из газов в течение 20 раз, полученные профили использовались для отладки самообучающихся алгоритмов, позволяющих различать разные летучие органические вещества. Было обнаружено, что

графеновый сенсор и алгоритмы, применяющиеся для обработки полученных с помощью него сигналов, позволяют различать отличающиеся друг от друга по строению вещества с 96%-ной точностью.

На следующем этапе исследователи проверили – может ли сенсор различить девять разных производных бензола, включая бензонитрил и нитробензол: в этом случае сенсор давал правильные ответы в 92% случаев.

Как говорит Наллон, такая производительность для отдельного сенсора является наглядной демонстрацией его производительности – обычно такой результат удается получить только для целой системы сенсоров, а еще одним преимуществом графена является его относительная дешевизна и способность устройств, эксплуатирующих свойства графена, работать при комнатной температуре.

Результаты Наллона позволяют предположить, что графен можно будет использовать для изготовления маленьких и не требующих больших затрат энергии систем «электронный нос», предназначенных для обнаружения взрывчатых веществ, боевых отравляющих веществ, соединений, загрязняющих окружающую среду, бактерий, вирусов, наркотиков или химических маркеров заболеваний человека.