Avec le développement de l'ère de l'information, les capteurs capables de transmettre et de détecter des informations sont devenus le principal moyen d'obtenir des informations. Par conséquent, il est essentiel de construire un système de capteurs avec une large plage de détection, une sensibilité élevée et une réponse rapide.
Récemment, les matériaux graphène ont reçu une attention croissante pour les applications de capteurs en raison de leur excellente conductivité électrique et de leurs propriétés physiques, optiques, thermiques et structurelles. Ces applications incluent principalement la détection de propriétés physiques telles que la pression et les contraintes mécaniques, de substances chimiques telles que le glucose, la dopamine, les protéines, les métaux lourds et les polluants organiques, ainsi que la détection de gaz, de température et d'humidité.
Dans un nouvel article publié dans Light :Advanced Manufacturing , des scientifiques dirigés par le docteur Zhengfen Wang et le professeur Xi Chen de l'Université des sciences et technologies de Shanghai ont examiné le graphène gravé au laser (LSG) pour la fabrication de capteurs.
Le graphène a été préparé par diverses méthodes, telles que l'exfoliation mécanique, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), la croissance épitaxiale et la réduction chimique de l'oxyde de graphène. Le graphène de haute qualité peut être obtenu par exfoliation mécanique, mais la faible efficacité empêche la production à grande échelle de graphène.
La méthode CVD est considérée comme la méthode la plus prometteuse pour préparer de grandes surfaces et du graphène de haute qualité, mais la méthode CVD est limitée par une consommation d'énergie et un coût élevés. Les films de graphène préparés par la méthode de croissance épitaxiale ont une bonne conductivité électrique et une transmission optique élevée. Cependant, ils nécessitent un traitement à haute température, une consommation d’énergie et un coût de transfert élevés. La réduction chimique de l’oxyde de graphène est peu coûteuse et très efficace, mais crée des problèmes de pollution environnementale pendant le processus de préparation. Par conséquent, les méthodes de préparation du graphène, peu coûteuses, très efficaces et sans pollution, restent très intéressantes.
La technique d'écriture directe au laser a récemment attiré des applications de recherche dans divers domaines en raison de ses avantages uniques de réduction sélective et localisée, de modelage précis et rapide et de l'absence de masques et de produits chimiques supplémentaires. Avec la technique d'écriture directe au laser, un laser est utilisé pour irradier les précurseurs de carbone et générer du graphène par traçage in situ. L'ensemble du processus de gravure au laser ne prend que quelques minutes, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la préparation du graphène.
Les excellentes propriétés de surface spécifique élevée, de stabilité thermique élevée et de conductivité électrique élevée présentées par les films LSG ont conduit à leur utilisation dans une grande variété d'applications. Ces applications incluent les photodétecteurs, la détection, le stockage d'énergie, les memristors, l'holographie, les applications antibactériennes et les antennes.
L’équipe de recherche a discuté de la préparation et de la modification du LSG, qui peut être préparé par différentes sources de lumière laser et précurseurs, notamment des précurseurs de carbone tels que GO et PI. Les méthodes conventionnelles de préparation du graphène sont énergivores, coûteuses ou peu respectueuses de l'environnement, mais cette méthode de gravure au laser pour la préparation du graphène surmonte ces inconvénients. Le LSG peut être modifié en une seule étape en ajustant les paramètres du laser, l'atmosphère et le dopage. La surface élevée, la bonne conductivité électrique et le processus de fabrication simple et efficace du LSG en font un excellent potentiel pour les applications de capteurs.
L'équipe de recherche a résumé les applications du LSG dans les capteurs de stress, les biocapteurs, les capteurs de gaz, les capteurs de température et les capteurs d'humidité. Les performances des capteurs peuvent être optimisées en utilisant la puissance laser, la vitesse de balayage, l’espacement de balayage et un dopage approprié lors de la préparation du LSG. Pour les capteurs multifonctionnels, la diaphonie entre différents signaux peut être réduite par des conceptions et des configurations structurelles. En particulier, la préparation à motifs flexibles et les divers substrats flexibles rendent le LSG également prometteur pour les applications de capteurs portables.
Plus d'informations : Xing Liu et al, Graphène gravé au laser pour capteurs :préparation, modification, applications et perspectives d'avenir, Lumière :Fabrication avancée (2023). DOI :10.37188/lam.2023.011
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