محققان دانشگاه ایلینویز دریافته‌اند که افزایش نقص‌های ساختاری در گرافن می‌تواند عملکرد آن را به‌عنوان یک حسگر شیمیایی بهبود بخشد.
افزایش حساسیت حسگرهای گرافنی با استفاده از نقص‌های ساختاری
اریک پاپ، استادیار مهندسی برق و رایانه و یکی از اعضای این گروه تحقیقاتی میان‌رشته‌ای می‌گوید: «این دقیقاً برعکس چیزی است که به‌عنوان مثال در مورد ترانزیستورها صدق می‌کند. فهمیدن اینکه با افزایش نقص ساختاری عملکرد آن بهتر می‌شود، در ابتدا متناقض به نظر می‌رسید».
امین صالحی و دیوید استرادا نویسندگان اصلی مقاله مربوط به این کار می‌گویند: «هدف این کار درک عوامل محدود‌کننده حساسیت رزیستورهای شیمیایی گرافنی دوترمینالی ساده و مطالعه این امر در ابزارهای ارزانی است که توسط رسوب‌دهی شیمیایی بخار ساخته می‌شوند». این محققان دریافتند که پاسخ این رزیستورهای شیمیایی به شکل این نقص‌ها بستگی دارد.
صالحی می‌گوید: «گرافنِ تقریباً بی‌نقص حساسیت کمی نسبت به مولکول‌های مورد آنالیز دارد، زیرا این مولکول‌ها روی نقص‌های نقطه‌ای جذب می‌شوند که در اطراف آنها مسیرهای با مقاومت کم وجود دارد. در نتیجه، جذب سطحی این مولکول‌ها روی نقص‌های نقطه‌ای اثر بسیار کمی روی مقاومت کلی ابزار دارد. از سوی دیگر، نقص‌های خطی با اندازه میکرومتری یا خطوط پیوسته از نقص‌های نقطه‌ای متفاوت هستند؛ در اطراف این خطوط مسیرهای رسانایی ساده‌ای وجود نداشته و در نتیجه جذب مولکول‌های ماده مورد آنالیز روی این خطوط اثر زیادی روی مقاومت کلی ابزار دارد». استرادا می‌گوید: «این ویژگی می‌تواند در تولید حسگرهای گازی ارزان برای کاربردهای مختلفی همچون انرژی، امنیت و تشخیص پزشکی به‌کار رود».
بنابر گفته محققان، طبیعت دو‌بعدی رزیستورهای شیمیایی دارای نقص که توسط رسوب‌دهی شیمیایی بخار تولید شده‌اند، آنها را از رزیستورهای شیمیایی ساخته شده از نانولوله‌های کربنی متفاوت می‌سازد. می‌توان حساسیت این ابزارها را با بریدن صفحات گرافنی به روبان‌های گرافنی با عرض‌های قابل مقایسه با عرض خطوط نقص (در این مطالعه میکرومتری) افزایش داد.
پاپ می‌گوید: «چیزی که فهمیدیم این بود که گازهای مورد حسگری ما تمایل دارند به نقص‌ها متصل شوند. نقص‌های سطحی گرافن به یکی از سه شکل نقطه‌ای، چین و چروکی یا خطی هستند. ما دریافتیم که نقص‌های نقطه‌ای در حسگری اهمیت زیادی نداشته و نقص‌های خطی از بالاترین اهمیت برخوردارند».
این کار به صورت مشترک توسط محققان مهندسی شیمی و مهندسی برق و رایانه دانشگاه ایلینویز و همچنین پژوهشگرانی از شرکت نوپای Dioxide Materials صورت گرفته است. جزئیات این کار در مجله Advanced Materials منتشر شده است.
