Forskare har upptäckt en teknik för att kontrollera känsligheten hos grafenkemiska sensorer.

Sensorerna, gjorda av en isolerande bas belagd med ett grafenark – ett enatomtjockt lager av kol – är redan så känsliga att de kan upptäcka en enskild gasmolekyl. Men att manipulera de kemiska egenskaperna hos det isolerande lagret, utan att ändra grafenskiktet, kan ändå förbättra deras förmåga att upptäcka de minsta koncentrationerna av olika gaser.

Fyndet "kommer att öppna upp helt nya möjligheter för modulering och kontroll av den kemiska känsligheten hos dessa sensorer, utan att kompromissa med de inneboende elektriska och strukturella egenskaperna hos grafen, " säger Amin Salehi-Khojin, biträdande professor i maskin- och industriteknik vid University of Illinois i Chicago, och huvudutredare på studien. Han och hans medarbetare vid UIC College of Engineering samarbetade med forskare från Beckman Institute och Micro and Nanotechnology Laboratory vid University of Illinois i Urbana-Champaign och två institutioner i Korea. Deras resultat rapporteras i tidskriften Nanobokstav , tillgänglig online före publicering.

Sedan upptäckten för nästan 10 år sedan, grafen - i ark, eller rullade in i nanorör – har väckt ett enormt vetenskapligt intresse. Består av ett enda lager av kolatomer, grafen har potential att användas i hundratals högteknologiska tillämpningar. Dess 2D-struktur, exponerar hela dess volym, gör den attraktiv som en mycket känslig gasdetektor.

Salehi-Khojins team, och andra, fann tidigare att grafenkemiska sensorer var beroende av ett strukturellt fel runt en kolatom för sin känslighet. De försökte visa att "orörda" grafensensorer - gjorda av grafen som var perfekt felfri - inte skulle fungera. Men när de testade dessa sensorer, de fann att de fortfarande var känsliga för spårgasmolekyler.

"Detta var ett mycket överraskande resultat, " sa Salehi-Khojin.

Forskarna testade sensorn lager för lager. De fann att orörd grafen är okänslig, som de hade förutspått.

De började sedan ta bort eventuella brister, eller reaktiva platser som kallas hängande bindningar, från det isolerande lagret. När ett orördt isolerande skikt testades med orörd grafen, återigen fanns det ingen känslighet.

"Men när dinglande bindningar lades tillbaka på det isolerande lagret, vi såg ett svar, " sa Bijandra Kumar, en postdoktoral forskarassistent vid UIC och första författare till Nanobokstav studie.

"Vi kan nu säga att grafen i sig är okänslig om det inte har defekter - inre defekter på grafenytan, eller yttre defekter på underlagets yta, " sa UIC-studenten Poya Yasaei.

Fyndet öppnar upp ett nytt "designutrymme, ", sa Salehi-Khojin. Att kontrollera externa defekter i de stödjande substraten kommer att göra det möjligt att konstruera grafen chemFETs som kan vara användbara i en mängd olika tillämpningar.