Датчики на основе графеновых нанолент: высокая надежность, точность и избирательность

06 ноября 2017Успехов удалось добиться благодаря совместной работе ученых из России (СГТУ им. Гагарина, г. Саратов) и Америки (университет Небраски-Линкольна). В тесном сотрудничестве инженерам удалось разработать наноленту из графена, которую можно встраивать в вип вертикально. Это позволило «улавливать» молекулы анализируемого вещества в 100 раз эффективней, чем в самых современных датчиках, разработанных на настоящий момент.

Ученые предложили установить от 5 до 12 датчиков на один чип газового анализатора, благодаря чему получили возможность не просто определить наличие газа, но и выявить различия в природе молекул веществ из одного гомологического ряда (к примеру, этанола и метанола). Высокая избирательность и селективность была подтверждена и на смесях других органических соединений.

Созданию датчиков нового поколения способствовали уникальные свойства графена: в тончайшем слое углерод не имеет так называемой «запрещенной зоны», для преодоления которой электронам требуется определенная энергия. Инженерам пришлось пойти на хитрость: на завершающем этапе производства в раствор, в котором синтезируются графеновые ленты, добавляется бензол. Закрепляясь на поверхности графена, шарообразные молекулы бензола создают запрещенную зону малой толщины, обеспечивающую электрическую проводимость материала в строго заданных условиях.

Не менее интересным является механизм работы графеновых датчиков. Целевые объекты - молекулы анализируемого газа - «приклеиваются» к вертикальным графеновым лентам, что приводит к увеличению их геометрических размеров. При достижении определенных значений (а именно – количества прикрепившихся молекул) ленты начинают деформироваться, сближаться и соприкасаться друг с другом. Электроны буквально «перепрыгивают» с одной ленты на другую, благодаря чему цепь замыкается и начинает пропускать электрический ток.

Ученые уверены, что это открытие имеет большие перспективы в плане применения в различных газовых анализаторах и датчиках безопасности. Специалисты также прогнозируют успех коммерческой составляющей проекта.