Des chercheurs ont découvert une technique pour contrôler la sensibilité des capteurs chimiques au graphène.

Les capteurs, constitués d'une base isolante recouverte d'une feuille de graphène - une couche de carbone d'un seul atome d'épaisseur - sont déjà si sensibles qu'ils peuvent détecter une molécule de gaz individuelle. Mais en manipulant les propriétés chimiques de la couche isolante, sans altérer la couche de graphène, peuvent encore améliorer leur capacité à détecter les concentrations les plus infimes de divers gaz.

La découverte "ouvrira des possibilités entièrement nouvelles pour la modulation et le contrôle de la sensibilité chimique de ces capteurs, sans compromettre les propriétés électriques et structurelles intrinsèques du graphène, " dit Amin Salehi-Khojin, professeur adjoint de génie mécanique et industriel à l'Université de l'Illinois à Chicago, et chercheur principal de l'étude. Lui et ses collègues de l'UIC College of Engineering ont collaboré avec des chercheurs de l'Institut Beckman et du Laboratoire de micro et nanotechnologie de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et de deux institutions en Corée. Leurs découvertes sont publiées dans la revue Lettre Nano , disponible en ligne avant la publication.

Depuis sa découverte il y a près de 10 ans, graphène—en feuilles, ou roulé dans des nanotubes - a suscité un énorme intérêt scientifique. Composé d'une seule couche d'atomes de carbone, le graphène a un potentiel d'utilisation dans des centaines d'applications de haute technologie. Sa structure 2D, exposer tout son volume, le rend attrayant en tant que détecteur de gaz très sensible.

L'équipe de Salehi-Khojin, et d'autres, précédemment découvert que les capteurs chimiques de graphène dépendaient d'un défaut structurel autour d'un atome de carbone pour leur sensibilité. Ils ont tenté de montrer que les capteurs de graphène « vierges » – faits de graphène parfaitement sans défaut – ne fonctionneraient pas. Mais quand ils ont testé ces capteurs, ils ont découvert qu'ils étaient encore sensibles aux traces de molécules de gaz.

"C'était un résultat très surprenant, " a déclaré Salehi-Khojin.

Les chercheurs ont testé le capteur couche par couche. Ils ont découvert que le graphène vierge est insensible, comme ils l'avaient prédit.

Ils ont ensuite commencé à éliminer les défauts, ou sites réactifs appelés liaisons pendantes, de la couche isolante. Lorsqu'une couche isolante vierge a été testée avec du graphène vierge, encore une fois, il n'y avait aucune sensibilité.

"Mais lorsque des liaisons pendantes ont été rajoutées sur la couche isolante, nous avons observé une réponse, " a déclaré Bijandra Kumar, chercheur post-doctorant à l'UIC et premier auteur de la Lettre Nano étudier.

« Nous pourrions maintenant dire que le graphène lui-même est insensible à moins qu'il ne présente des défauts - des défauts internes à la surface du graphène, ou des défauts externes à la surface du substrat, ", a déclaré l'étudiant diplômé de l'UIC Poya Yasaei.

La découverte ouvre un nouvel "espace de conception, ", a déclaré Salehi-Khojin. Le contrôle des défauts externes dans les substrats de support permettra de concevoir des chemFET au graphène qui peuvent être utiles dans une grande variété d'applications.