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石墨烯在高灵敏度气体传感器中的应用临海

2019-12-12

石墨烯已成为高科技的代名词了,应用范围广,效果优异,在其他方面应用成果暂且不论,但石墨烯在气敏性原件的应用已经有了重大进展,离商业化已经不远了。鲨鱼能嗅出百万分之一浓度的血液,与石墨烯复合气敏性元件的灵敏度相比,鲨鱼对血液的灵敏度真的算不了什么。这种顶级气敏性元件应用十分广泛,能闻毒品、炸药,可以用于海关,边防,刑侦等;还能发现病人身上的特殊味道,用于医疗;能发现可燃气体的浓度,用于消防等。

国际研究小组通过在石墨烯中加入硼原子的方式,他们开发出一种灵敏度极高的气体传感器。该装置能“嗅”出空气中浓度极低的有害气体,在人们还未察觉时发出警报。该研究还有助于改善锂离子电池和场效应晶体管的性能。用石墨烯制成的气体传感器已具有很高灵敏度,但科学家们并不想止步于此,希望通过在石墨烯中掺入其他元素的方式让其性能得到进一步提升。

美国宾夕法尼亚州立大学物理学、化学和材料学教授莫里西欧·特伦斯经过不断更换掺入元素,成功合成了1厘米见方的高品质掺硼石墨烯片。为防止硼化合物暴露在空气后快速分解,他们研制中用到了类似起泡器的化学气相沉积系统。

核心部件制成后,被送往本田研究院的美国公司进行组装。2010年诺贝尔物理学奖获得者、英国曼彻斯特大学科学家康斯坦丁·诺沃肖洛夫的实验室负责研究传感器的传输机制。此外,比利时、日本和中国的科学家也促成了这项研究。测试显示,新的气体传感器能够探测到浓度极低的有害气体分子,如空气中含量为十亿分之一的氮氧化合物和百万分之一的氨气,灵敏度比单纯用石墨烯制成的气体传感器要分别高出27倍和1000倍。

负责此项研究的本田研究所首席科学家阿维迪克·哈瑞泰元认为,新方法开辟了一条制造超高灵敏度气体传感器的新途径。该技术未来极有可能突破1000的五次方分之一检出限,在灵敏度上,比目前最先进的气体传感器高6个数量级。

未来这种传感器有望在科学实验和工业中获得广泛的应用,不仅监测工业有毒有害气体、汽车尾气的排放、可燃气体的浓度。而且这种掺硼的石墨烯理论上还能帮助改建锂离子电池和场效应晶体管。

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