據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校最新的一項(xiàng)研究指出，將DNA尺寸大小的碳帶固定在 氣體傳感器 上可以提高其靈敏度，效果遠(yuǎn)優(yōu)于其它任何現(xiàn)有碳材料。

團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種由石墨烯制成的新型納米帶，這是一個(gè)由碳原子構(gòu)成的2D蜂巢。當(dāng)研究人員將納米帶薄膜集成到氣體 傳感器 的電路中去時(shí)，與過(guò)去的傳感器，甚至是最佳性能的碳基材料相比，它對(duì)分子的響應(yīng)靈敏度高出了100倍。

內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校化學(xué)系的副教授Alexander Sinitskii表示，“我們以前也研究過(guò)其它碳基材料傳感器，如石墨烯和氧化石墨烯。使用石墨烯納米帶，我們確定可以看到傳感器的響應(yīng)，但是我們沒(méi)有預(yù)想到會(huì)比過(guò)去所看到的更高。”

研究人員在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上發(fā)表了研究結(jié)果，顯示氣體分子可以顯著改變納米帶薄膜的電阻。不同的氣體產(chǎn)生不同的電阻特征，幫助傳感器在它們之間進(jìn)行區(qū)分。

內(nèi)布拉斯加州材料與納米科學(xué)中心的一名成員Sinitskii表示，“一張芯片上有多個(gè)傳感器，我們能夠證明我們可以區(qū)分具有幾乎相同化學(xué)性質(zhì)的分子。例證如下，我們可以區(qū)分甲醇和乙醇，因此這些基于石墨烯納米帶的傳感器不僅具有敏感性，還具有選擇性。”


這張圖片呈現(xiàn)了氣體分子如何擴(kuò)大團(tuán)隊(duì)石墨烯納米帶行與行之間的間隙。內(nèi)布拉斯加州材料與納米科學(xué)中心的AlexanderSinitskii及其同事已經(jīng)提出這種現(xiàn)象部分地解釋了納米帶如何為傳感器提供前所未有的靈敏度

Sinitskii和他的同事懷疑納米帶的顯著性能部分來(lái)源于納米帶和氣體分子之間非同尋常的相互作用。不同于他們的前輩，該團(tuán)隊(duì)的納米帶排列整齊，類似于查理布朗的條紋襯衫般垂直放置，而不是平躺在表面。該團(tuán)隊(duì)指出，氣體分子可以將這些行列分開(kāi)，有效地延長(zhǎng)了納米帶之間的間隙，幫助電子跳躍到導(dǎo)電區(qū)。

加入（苯）環(huán)


石墨烯中2004年被發(fā)現(xiàn)，并最終獲得諾貝爾獎(jiǎng)，其擁有無(wú)與倫比的導(dǎo)電性。但是該材料缺乏帶隙，電子從原子周圍的軌道跳躍到驅(qū)動(dòng)電導(dǎo)率的外部“導(dǎo)帶”之前需要獲取能量，最初階段石墨烯因其電導(dǎo)率過(guò)低給研究人員帶來(lái)了不少阻礙。相應(yīng)地，對(duì)石墨烯應(yīng)用在需要任意調(diào)節(jié)材料電導(dǎo)率的電子學(xué)領(lǐng)域也提出了挑戰(zhàn)。

一個(gè)潛在的解決方案是將石墨烯修剪為納米帶，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬出難以擁有的帶隙。上述方案通過(guò)實(shí)驗(yàn)被證明是具有難度的，為了保留石墨烯吸引人的特性，會(huì)對(duì)原子精度有要求，因此研究人員開(kāi)始自下而上制備納米帶，戰(zhàn)略性地將分子聚合到某種類型的固體表面上。雖然這一過(guò)程解決了問(wèn)題，而且由此產(chǎn)生的納米帶確實(shí)有了帶隙，但是研究人員一次制成的納米帶數(shù)量有限。

2014年，Sinitskii開(kāi)創(chuàng)了一種液體解決方案，可以大批量生產(chǎn)納米帶，這是擴(kuò)大該技術(shù)應(yīng)用于電子領(lǐng)域的關(guān)鍵一步。但是用這些納米帶制成的薄膜導(dǎo)電性不足，無(wú)法進(jìn)行電氣測(cè)量。

該團(tuán)隊(duì)的最新研究采用了最原始的化學(xué)方法，在第一代納米帶的任意一側(cè)加入苯環(huán)（具有六個(gè)碳原子和氫原子的環(huán)狀分子）。這些圓環(huán)加寬了納米帶，減小了帶隙，并提高了導(dǎo)電能力。

Sinitskii說(shuō)道，“人們通常不會(huì)想到把石墨烯納米帶用作傳感器材料，然而，相同（性質(zhì)）使得納米帶對(duì)諸如晶體管這類的器件有好處，將其導(dǎo)電率提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)也對(duì)傳感器有好處。”

“未來(lái)有可能會(huì)設(shè)計(jì)出許多不同種類，又具有不同特性的石墨烯納米帶。目前只有幾種類型的納米帶已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但是化學(xué)家對(duì)尚未合成的納米帶有許多有趣的理論推測(cè)。因此，不久的將來(lái)研究人員有望開(kāi)發(fā)出具有更佳特性的新型納米帶，伴隨更好的傳感器特性來(lái)到大家面前。”