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- 創(chuàng)新的傳感器專門精確地檢測(cè)分子
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2021/12/1
傳感器單元由石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成，其上生長(zhǎng)了表面安裝的金屬有機(jī)框架。圖片來源：Sandeep Kumar，KIT
卡爾斯魯厄理工學(xué)院 (KIT) 和達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)的研究人員通過將石墨烯晶體管與定制的金屬有機(jī)涂層相結(jié)合，開發(fā)了一種新型氣體分子傳感器。這種創(chuàng)新的傳感器專門、精確地檢測(cè)分子，代表了全新類型傳感器的原型。開發(fā)的乙醇傳感器既不響應(yīng)其他酒精，也不響應(yīng)濕度。結(jié)果報(bào)告在Advanced Materials 中。
傳感器在車輛或智能手機(jī)、研究實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)設(shè)施中無處不在。它們捕獲某些物理或化學(xué)特性，例如壓力、應(yīng)變或氣體分子，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚碇小Ｒ虼耍瑐鞲衅鞯倪M(jìn)一步發(fā)展對(duì)技術(shù)進(jìn)步具有決定性意義。傳感器的特征在于它們的選擇性，即它們?cè)诖嬖谄渌麧撛诟蓴_特性的情況下檢測(cè)特定特性的能力，以及它們的靈敏度，即它們測(cè)量甚至低值的能力。
KIT 和達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)的研究人員現(xiàn)已成功開發(fā)出一種新型的氣相分子傳感器。科學(xué)家們?cè)贏dvanced Materials上報(bào)告說，這種新型傳感器的工作原理基于將敏感的石墨烯晶體管與定制的金屬有機(jī)涂層相結(jié)合。這種組合能夠選擇性地檢測(cè)分子。作為原型，作者展示了一種特定的乙醇傳感器。與市售傳感器相反，它既不響應(yīng)酒精也不響應(yīng)濕度。
石墨烯是具有二維結(jié)構(gòu)的碳的變體。從本質(zhì)上講，它對(duì)附著在表面上的外來分子高度敏感。“然而，石墨烯沒有表現(xiàn)出用作傳感器所需的任何分子特異性相互作用，”拉爾夫克魯普克說。Krupke 是 KIT 納米技術(shù)研究所 (INT) 和達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)研究所的教授。他與 Wolfgang Wenzel 教授（也是 INT）和 KIT 功能接口研究所 (IFG) 的負(fù)責(zé)人 Christof W?ll 教授一起指導(dǎo)了這項(xiàng)研究。第一作者是 Sundeep Kumar，他在 KIT 的 Ralph Krupke 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究，并在達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)研究所攻讀分子納米結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的博士學(xué)位。“為了達(dá)到所需的選擇性，
傳感器可以精確調(diào)整
金屬有機(jī)框架（MOF）由金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)分子作為連接桿組成。例如，通過選擇各種組合，這些高度多孔的結(jié)晶材料可以適應(yīng)不同的應(yīng)用，以達(dá)到對(duì)某些分子的選擇性吸收能力。卡爾斯魯厄和達(dá)姆施塔特的研究人員通過在石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (GFET) 上直接生長(zhǎng)表面貼裝金屬有機(jī)框架 (SURMOF)，展示了一種選擇性傳感器平臺(tái)。這種組件得益于 GFET的高靈敏度和簡(jiǎn)單讀出以及 SURMOF 的高選擇性。
“石墨烯獨(dú)特的電子特性與 MOF 的高化學(xué)可變性的結(jié)合開辟了巨大的潛力，”克里斯托夫沃爾說。由于可以生產(chǎn)各種類型的 SURMOF，并且 GFET 和 SURMOF 之間界面的化學(xué)設(shè)計(jì)可能會(huì)有所不同，研究人員的工作開辟了一類全新的傳感器，具有專門調(diào)整的選擇性和靈敏度。“在這里，模擬會(huì)有所幫助，”Wolfgang Wenzel 說，“因?yàn)槲覀兛梢栽谟?jì)算機(jī)上創(chuàng)建許多 MOF，而無需合成它們。”
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