ГРАФЕНОВЫЙ СЕНСОР РАСПОЗНАЕТ ШИРОКИЙ КРУГ СОЕДИНЕНИЙ

ГРАФЕНОВЫЙ СЕНСОР РАСПОЗНАЕТ ШИРОКИЙ КРУГ СОЕДИНЕНИЙ

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.

Рисунок из ACS Sens. 2015, DOI: 10.1021/acssensors.5b00029

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.

Источник: ACS Sens. 2015, DOI: 10.1021/acssensors.5b00029