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美國伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的科學(xué)家日前開(kāi)發(fā)出一種能夠分辨出單個(gè)氣體分子的超高靈敏度“電子鼻”。這種新型氣體傳感器對氣體分子的吸收能力比傳統化學(xué)傳感器強300倍。 讓人不可思議的是，用來(lái)制造這種高靈敏度“電子鼻”的材料竟是此前被認為殘次品的、存在缺陷的石墨烯。 在制造石墨烯的過(guò)程中，石墨烯逐漸形成晶格或片狀時(shí)，會(huì )隨機出現一些單晶顆粒。這種多晶結構與單晶之間的邊界被稱(chēng)為晶界。由于晶界會(huì )造成電子的散射，削弱石墨烯晶格的性能，具有晶界的石墨烯通常都被認為是毫無(wú)價(jià)值的次品。但美國伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校機械和工業(yè)工程教授阿明·薩利希-空錦帶領(lǐng)的研究小組卻發(fā)現，這些缺陷正好適合用來(lái)制造高靈敏度氣體傳感器。 物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道稱(chēng)，為了驗證這一想法，測試石墨烯缺陷的電氣性能，研究人員用單個(gè)石墨烯晶界制造了一個(gè)微米尺寸的氣體傳感器。他們在測試中發(fā)現，石墨烯晶界能夠將氣體分子吸附到其表面并讓它們聚集起來(lái)，石墨烯晶體上卻沒(méi)有這樣的現象。這使具有這種缺陷的石墨烯成為觀(guān)測氣體分子的理想場(chǎng)所。 由切赫·克拉爾帶領(lǐng)伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的一個(gè)理論化學(xué)小組，對該晶界所具備的這種獨特吸引力和電子特性進(jìn)行了解釋?zhuān)壕Ы绲牟灰巹t特性使其具備了數百個(gè)不同靈敏度的電子傳輸間隙。這就像是許多平行的并聯(lián)開(kāi)關(guān)，當氣體分子在晶界上發(fā)生聚集，電荷發(fā)生轉移時(shí)，這些開(kāi)關(guān)會(huì )突然打開(kāi)或者關(guān)閉。這一切都發(fā)生在一個(gè)非常短暫的時(shí)間當中。而這便是用其制成的氣體傳感器能夠具備超高靈敏度的原因所在。 薩利希-空錦說(shuō)：“數十年來(lái)科學(xué)家們一直試圖制造出一種強大的、具有超高靈敏度的傳感器。我們的研究將其變成了現實(shí)，可以在微米級的尺寸上將這些晶界集成起來(lái)進(jìn)行統一控制。使用這種技術(shù)能很容易制造出芯片級的傳感器陣列。借助晶界對氣體分子超強的吸附能力和快速反應能力，用石墨烯晶界陣列制成的電子鼻甚至能夠檢測出單個(gè)氣體分子。這種材料集精確和可靠于一身，是制造氣體傳感器的理想材料�！� 來(lái)源：科技日報 |
