حسگر انتخابی با گرافن دست نخورده

محققان امریکایی نشان دادند که می‌توان بدون عامل‌دار کردن گرافن از آن به‌عنوان حسگر گاز انتخابی استفاده کرد. برای این کار آنها از طیف نویز گرافن استفاده کردند در واقع گازهای مختلف روی این طیف اثرات مختلفی دارند.

محققان امریکایی نشان دادند که می‌توان بدون عامل‌دار کردن گرافن از آن
به‌عنوان حسگر گاز انتخابی استفاده کرد. برای این کار آنها از طیف نویز
گرافن استفاده کردند در واقع گازهای مختلف روی این طیف اثرات مختلفی دارند.

مدت‌هاست که پژوهشگران دریافته‌اند می‌توان از گرافن برای شناسایی
مولکول‌های گاز منفرد استفاده کرد. در سال ۲۰۰۷ برای اولین بار نشان داده
شد که می‌توان از گرافن برای شناسایی تک مولکول‌های گاز سمی استفاده کرد.
در آن پروژه مشخص شد که مولکول‌های گاز می‌توانند به سطح گرافن بچسبند بدون
این که ساختار فنسی شکل آن را تغییر دهند. این مولکول‌ها موجب افزایش یا
کاهش الکترون به ساختار گرافن می‌گردند، با این کار هدایت الکتریکی گرافن
دچار تغییر می‌شود.

 
با این حال حساسیت بالای گرافن نمی‌تواند دلیلی بر انتخابی بودن اتصال مولکول‌های
مختلف بر گرافن باشد، به‌عبارت دیگر مولکول‌های مختلف می‌توانند به سطح گرافن
بچسبند و موجب تغییر مقاومت آن بشود اما کسی نمی‌تواند بگوید چه نوع گازی به سطح
گرافن برخورد کرده است. بنابراین دانشمندان به این فکر افتادند که اگر بخواهند حسگر
گازی انتخابی تولید کنند که بتواند مولکول‌های گاز خاصی را شناسایی کند باید سطح
گرافن را عامل‌دار کنند.

اخیرا پژوهشگران موسسه پلی تکنیک رانسلر، دانشگاه کالیفرنیا، موسسه فناوری فیزیک
لوف و مرکز تحقیقات جهانی جی ای دریافته‌اند که بخارات شیمیایی می‌تواند طیف نویز
ترانزیستورهای گرافن را تغییر دهد. این گروه نشان دادند که با استفاده از یک
پارامتر حسگری غیرمعمول-نویز الکترونیکی فرکانس پایین- می‌توان بدون عامل‌دار کردن
سطح گرافن از آن به‌عنوان یک حسگر انتخابی استفاده کرد.

نتایج کار آنها نشان داد که قدرت انتخابی حسگری گاز در این روش بهتر از روش‌های
قبلی است. این سیگنال نویز برای هر گاز قابل تکرار است (شکل را ببینید) بنابراین
می‌توان از آن برای تولید حسگر گازی ساده و قابل اعتماد از جنس گرافن استفاده کرد.

نتایج این کار در قالب مقاله‌ای تحت عنوان
Selective Gas Sensing with a Single
Pristine Graphene Transistor
در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است. نکته جالب
توجه آن است که معمولا نویزها عامل محدود کننده در عملکرد گاز هستند. اما این حقیقت
که طیف نویز فرکانس پایین گرافن به‌وسیله بخار مواد شیمیایی مختلف تحت تاثیر قرار
می‌‌گیرد، ثابت کرد که از نویز می‌توان برای تشخیص تفاوت میان گازهای مختلف استفاده
کرد. در واقع گازهای مختلف موجب تغییرات متفاوت در طیف نویز می‌شوند.

هرچند که پژوهشگران این پروژه نشان دادند که تاثیر گاز روی طیف نویز گرافن تکرار
پذیر است اما دلیل این امر هنوز برای آنها ناشناخته است. این گروه قصد دارند به
بررسی این ارتباط بپردازند.