Le graphène, une feuille de carbone d'épaisseur atomique, a trouvé d'immenses applications dans les capteurs de gaz en raison de sa sensibilité à une seule molécule, de son faible niveau de bruit et de sa densité de porteurs élevée. Cependant, la sensibilité tant annoncée du graphène signifie également qu'il est intrinsèquement non sélectif vis-à-vis de n'importe quel gaz. Par conséquent, il obtient facilement un énorme dopage p (réduction de la densité électronique du graphène) lorsqu'il est exposé à l'air atmosphérique, ce qui limite les démonstrations de sa sélectivité aux seuls environnements inertes tels que l'air sec ou l'azote.

Néanmoins, pour la commercialisation réelle du graphène dans des applications telles que la surveillance environnementale ou les capteurs cliniques de gaz respiratoires/cutanés, une exposition atmosphérique est nécessaire. Cela a nécessité le désir d'obtenir une passivation atmosphérique simultanée et une détection de gaz sélective et à grande vitesse dans le graphène. Les méthodes courantes d'induction de la sélectivité impliquent généralement des revêtements polymères sur le graphène. Cependant, cette approche modifie les caractéristiques intrinsèques du graphène, tout en exposant des sections importantes du canal du graphène au dopage atmosphérique.

Pour obtenir une passivation atmosphérique simultanée et une détection sélective des gaz dans le graphène, une équipe de recherche dirigée par le Dr Manoharan Muruganathan (maître de conférences) et le professeur Hiroshi Mizuta du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) ont développé un nano-poreux activé- canal de graphène fonctionnalisé par du carbone en collaboration avec des partenaires industriels, M. Hisashi Maki, M. Masashi Hattori, M. Kenichi Shimomai.

Le canal de graphène par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) fonctionnalisé au charbon actif (Figure 1) a été obtenu par pyrolyse d'un polymère de résine novolac post-lithographique, expliquent les chercheurs Dr A. Osazuwa Gabriel et Dr R. Sankar Ganesh. En raison de la fonction de travail similaire entre le charbon actif et le graphène, les caractéristiques électroniques du CVD-graphène sont conservées dans le capteur, avec un dopage atmosphérique négligeable même après 40 minutes d'exposition atmosphérique. De plus, l'interface charbon actif-graphène oxydé définit les sites d'adsorption sélective de l'ammoniac, ce qui entraîne une sensibilité à l'ammoniac à température ambiante de parties à un chiffre par milliard (ppb) dans l'air atmosphérique avec un temps de réponse de quelques secondes. Par conséquent, la fonctionnalité de tamis moléculaire dans l'air atmosphérique a été réalisée.

À l'aide du même capteur, ils ont également démontré une nouvelle technique d'identification moléculaire, la méthode de disparité des points de neutralité de charge, qui utilise les caractéristiques de transfert de charge dépendant du champ électrique des gaz adsorbés sur le canal de graphène. L'extrême sélectivité de l'ammoniac, la passivation atmosphérique, ainsi que la fabrication lithographique facile et évolutive de ce capteur le rendent adapté aux applications de capteurs cliniques et environnementaux. "Ces résultats font passer les capteurs de gaz au graphène des démonstrations dans des environnements contrôlés aux applications atmosphériques réelles, ouvrant une nouvelle perspective dans la détection de gaz à base de graphène", déclare le collaborateur de recherche Masashi Hattori. + Explorer plus loin

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