Tänk om en sensor som känner av en sak kan vara en del av själva saken? Rice Universitys ingenjörer tror att de har en tvådimensionell lösning för att göra just det.

Risingenjörer ledda av materialforskarna Pulickel Ajayan och Jun Lou har utvecklat en metod för att göra atomplatta sensorer som sömlöst integreras med enheter för att rapportera om vad de uppfattar.

Elektroniskt aktiva 2D-material har varit föremål för mycket forskning sedan introduktionen av grafen 2004. Även om de ofta hyllas för sin styrka, de är svåra att flytta dit de behövs utan att förstöra dem.

Grupperna Ajayan och Lou, tillsammans med risingenjören Jacob Robinsons labb, har ett nytt sätt att behålla materialen och deras tillhörande kretsar, inklusive elektroder, intakta när de flyttas till böjda eller andra släta ytor.

Resultaten av deras arbete visas i tidskriften American Chemical Society ACS Nano .

Rice-teamet testade konceptet genom att göra en 10 nanometer tjock indiumselenidfotodetektor med guldelektroder och placera den på en optisk fiber. Eftersom det var så nära, närfältssensorn är effektivt kopplad till ett flyktigt fält – den oscillerande elektromagnetiska vågen som rider på fiberns yta – och detekterade exakt informationsflödet inuti.

Fördelen är att dessa sensorer nu kan bäddas in i sådana fibrer där de kan övervaka prestanda utan att lägga till vikt eller hindra signalflödet.

"Det här dokumentet föreslår flera intressanta möjligheter för att tillämpa 2-D-enheter i verkliga applikationer, " sa Lou. "Till exempel, optiska fibrer på botten av havet är tusentals mil långa, och om det finns ett problem, det är svårt att veta var det hände. Om du har dessa sensorer på olika platser, du kan känna skadan på fibern."

Lou sa att labb har blivit bra på att överföra den växande förteckningen av 2D-material från en yta till en annan, men tillsatsen av elektroder och andra komponenter komplicerar processen. "Tänk på en transistor, " sa han. "Det har källa, dränerings- och grindelektroder och en dielektrikum (isolator) ovanpå, och alla dessa måste överföras intakta. Det är en väldigt stor utmaning, eftersom alla dessa material är olika."

Rå 2D-material flyttas ofta med ett lager av polymetylmetakrylat (PMMA), mer känd som plexiglas, överst, och risforskarna använder sig av den tekniken. Men de behövde ett robust bottenskikt som inte bara skulle hålla kretsen intakt under förflyttningen utan också kunde tas bort innan enheten fästes på sitt mål. (PMMA tas också bort när kretsen når sin destination.)

Den idealiska lösningen var polydimetylglutarimid (PMGI), som kan användas som en enhetstillverkningsplattform och lätt etsas bort innan överföring till målet. "Vi har ägnat ganska lång tid åt att utveckla detta uppoffrande lager, " sa Lou. PMGI verkar fungera för vilket 2D-material som helst, som forskarna experimenterade framgångsrikt med molybdendiselenid och andra material också.

Rice labs har bara utvecklat passiva sensorer hittills, men forskarna tror att deras teknik kommer att göra aktiva sensorer eller enheter möjliga för telekommunikation, biosensing, plasmonik och andra tillämpningar.