Även om de fann att grafen är mycket bra kemiska sensorer, forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign har upptäckt en oväntad "twist" - att sensorerna är bättre när grafenen är "sämre" - fler brister förbättrade prestanda.
"Detta är raka motsatsen till vad du skulle vilja ha för transistorer, till exempel, " förklarade Eric Pop, en biträdande professor i el- och datateknik och medlem i det tvärvetenskapliga forskarteamet. "För att desto mindre perfekta de var, ju bättre de fungerade, var kontraintuitiv i början."
Forskargruppen, som omfattar forskare från både kemiteknik och elektroteknik, och från ett nystartat företag, Dioxidmaterial, rapporterade sina resultat den 23 november, 2011 års nummer av Avancerade material .
"Syftet med detta arbete var att förstå vad som begränsar känsligheten hos enkla, tvåterminala grafenkemimotstånd, och att studera detta i samband med billiga anordningar som lätt tillverkas genom kemisk ångavsättning (CVD), ", konstaterade huvudförfattarna Amin Salehi-Khojin och David Estrada.
Forskarna fann att svaret från grafenkemiresistorer beror på typen och geometrin hos deras defekter.
"Nästan orörda grafenkemiresistorer är mindre känsliga för analytmolekyler eftersom adsorbater binder till punktdefekter, som har låga motståndsvägar runt sig, " noterade Salehi-Khojin, en forskare vid Dioxide Materials och postdoktoral forskningsassistent vid Institutionen för kemisk och biomolekylär teknik (ChemE) i Illinois. "Som ett resultat, Adsorption vid punktdefekter har endast en liten effekt på enhetens totala motstånd. Å andra sidan, mikrometerstora linjedefekter eller kontinuerliga linjer med punktdefekter är olika eftersom det inte finns några enkla ledningsvägar runt sådana defekter, så motståndsförändringen efter adsorption är signifikant."
"Detta kan leda till bättre och billigare gassensorer för en mängd olika applikationer som energi, inrikesskydd och medicinsk diagnostik" sa Estrada som är doktorand vid institutionen för elektro- och datateknik.
Enligt författarna, den tvådimensionella karaktären av defekt, CVD-odlade grafenkemiresistorer får dem att bete sig annorlunda än kolnanorörskemiresistorer. Denna känslighet förbättras ytterligare genom att skära grafenen i band med bredd jämförbar med linjens defektdimensioner, eller mikrometer i denna studie.
"Vad vi bestämde är att de gaser vi kände av tenderar att binda till defekterna, " sa Pop. "Ytdefekter i grafen är antingen punkt-, skrynkla-, eller linjeliknande. Vi fann att punkterna inte spelar så stor roll och linjerna är troligen där avkänningen sker."
"Grafenbanden med linjedefekter verkar erbjuda överlägsen prestanda som grafensensorer, " sa ChemE professor emeritus och Dioxide Materials VD Richard Masel. "Framåt, vi tror att vi kanske kan konstruera linjedefekterna för att maximera materialets känslighet. Detta nya tillvägagångssätt borde göra det möjligt för oss att producera billiga och känsliga kemiska sensorer med bättre prestanda än kolnanorörssensorer."
