محققان موسسه فناوری کارلسروهه (KIT) و دانشگاه صنعتی دارمشتات با ترکیب یک ترانزیستور گرافنی با پوشش آلی فلزی سفارشی، حسگر جدیدی برای تشخیص مولکول‌های گاز ساختند. این حسگر نوآور به‌طور خاص و دقیق مولکول‌ها را تشخیص می‌دهد و نمونه اولیه یک کلاس کاملا جدید از حسگرها است. حسگر اتانولی که با این فناوری توسعه یافته به دیگر الکل‌ها و رطوبت پاسخ نمی‌دهد. نتایج این پروژه در Advanced Materials منتشر شده است.
توسعه نانوحسگری برای تشخیص سریع گازها
حسگرها در وسایل نقلیه یا تلفن‌های هوشمند، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و تاسیسات صنعتی حضور دارند. آن‌ها ویژگی‌های فیزیکی یا شیمیایی خاصی مانند فشار، کرنش یا مولکول‌های گاز را به‌دست می‌آورند و داده‌ها را به بخش پردازش منتقل می‌کنند. بنابراین، توسعه بیشتر حسگرها برای پیشرفت فناوری اهمیت تعیین‌کننده‌ای دارد. توانایی حسگرها با انتخاب‌پذیری، یعنی توانایی آن‌ها در تشخیص یک ویژگی خاص در حضور سایر ویژگی‌ها، همچنین حساسیت بالا، یعنی ظرفیت آن‌ها برای اندازه‌گیری حتی مقادیر پایین ماده مورد نظر در محیط، مشخص می‌شوند.
محققان آلمانی این پروژه، موفق به ساخت نوع جدیدی از حسگر برای مولکول‌ها در فاز گازی شده‌اند. آن‌ها می‌گویند که اصل عملکرد این کلاس جدید از حسگرها براساس ترکیب ترانزیستورهای گرافنی حساس با پوشش‌های فلزی و آلی سفارشی است. این ترکیب، تشخیص انتخابی مولکول‌ها را امکان‌پذیر می‌کند. به‌عنوان نمونه اولیه، نویسندگان یک حسگر اتانول خاص ساختند که برخلاف حسگرهای تجاری موجود، نه به دیگر الکل‌ها و نه به رطوبت پاسخ نمی‌دهد و فقط اتانول را تشخیص می‌دهد.
رالف کروپکه می‌گوید: «گرافن هیچ برهم‌کنش خاص با مولکول‌هایی که برای استفاده به‌عنوان حسگر مورد نیاز است، نشان نمی‌دهد. برای رسیدن به انتخاب‌پذیری مورد نیاز، ما یک چارچوب آلی فلزی را روی سطح رشد داده‌ایم.»
چارچوب‌های آلی‌فلزی (MOF) از گروه‌های فلزی و مولکول‌های آلی به‌عنوان بخش‌های اتصال تشکیل شده است. با انتخاب ترکیبات مختلف، این مواد بلوری بسیار متخلخل را می‌توان برای کاربردهای مختلف طراحی کرد تا به‌عنوان مثال، به ظرفیت جذب انتخابی برای مولکول‌های خاص برسد. محققان کارلسروهه و دانشگاه دارمشتات با رشد یک چارچوب فلزی آلی روی سطح ترانزیستور اثر گرافن (GFET)، یک پلتفورم حسگری انتخابی ارائه کردند. چنین ابزاری از حساسیت بالا و قدرت خوانش ساده GFET و همچنین از انتخاب‌پذیری بالای چارچوب فلزی آلی سود می‌برد.
کریستوف وول می‌گوید: «ترکیب خواص الکترونیکی منحصر به فرد گرافن با تنوع شیمیایی زیاد MOFها، پتانسیل بالایی را ایجاد می‌کند. از آنجا که انواع مختلفی از چارچوب فلزی آلی قابل تولید هستند و طرح‌های شیمیایی رابط بین GFET و چارچوب فلزی آلی ممکن است متفاوت باشد، یک کلاس کاملا جدید از حسگرها با قدرت انتخابی و حساسیت خاص ارائه می‌کند.»
ولفگانگ ونزل می‌گوید: «در این پروژه، شبیه‌سازی کمک زیادی به ما می‌کند زیرا ما می‌توانیم MOFهای زیادی را در کامپیوتر و بدون نیاز به سنتز ایجاد کنیم.»
