Med utvecklingen av informationseran har sensorer som kan sända och detektera information blivit det ledande sättet att få information. Därför är det viktigt att bygga ett sensorsystem med ett brett detektionsområde, hög känslighet och snabb respons.
På senare tid har grafenmaterial fått ökad uppmärksamhet för sensortillämpningar på grund av deras utmärkta elektriska ledningsförmåga och fysiska, optiska, termiska och strukturella egenskaper. Dessa applikationer inkluderar huvudsakligen detektering av fysikaliska egenskaper såsom tryck och mekanisk belastning, kemiska ämnen som glukos, dopamin, proteiner, tungmetaller och organiska föroreningar, samt detektering av gas, temperatur och fuktighet.
I en ny artikel publicerad i Light:Advanced Manufacturing , har forskare under ledning av doktor Zhengfen Wang och professor Xi Chen från University of Shanghai for Science and Technology granskat laserskrivet grafen (LSG) för sensortillverkning.
Grafen har framställts med olika metoder, såsom mekanisk exfoliering, kemisk ångavsättning (CVD), epitaxiell tillväxt och kemisk reduktion av grafenoxid. Grafen av hög kvalitet kan erhållas genom mekanisk exfoliering, men den låga effektiviteten förhindrar storskalig produktion av grafen.
CVD-metoden anses vara den mest lovande metoden för att förbereda stora ytor och högkvalitativ grafen, men CVD-metoden är begränsad av hög energiförbrukning och kostnad. Grafenfilmer framställda med epitaxialtillväxtmetoden har god elektrisk ledningsförmåga och hög optisk transmittans. De kräver dock högtemperaturbearbetning, energiförbrukning och överföringskostnader. Kemisk reduktion av grafenoxid är låg i kostnad och hög effektivitet men skapar miljöföroreningsproblem under beredningsprocessen. Därför förblir grafenens låga kostnad, högeffektiva, föroreningsfria beredningsmetoder mycket intressanta.
Laserdirektskrivtekniken har nyligen lockat forskningsansökningar inom olika områden på grund av dess unika fördelar med selektiv och lokal reduktion, exakt och snabb mönstring och frånvaron av masker och ytterligare kemikalier. Med laserdirektskrivtekniken används en laser för att bestråla kolprekursorerna och generera grafen genom in-situ-ritning. Hela laserritningsprocessen tar bara några minuter, vilket avsevärt förbättrar effektiviteten vid framställning av grafen.
De utmärkta egenskaperna med stor ytarea, hög termisk stabilitet och hög elektrisk ledningsförmåga som uppvisas av LSG-filmer har lett till dess användning i en mängd olika tillämpningar. Dessa applikationer inkluderar fotodetektorer, avkänning, energilagring, memristorer, holografi, antibakteriella applikationer och antenner.
Forskargruppen diskuterade beredningen och modifieringen av LSG, som kan framställas av olika laserljuskällor och prekursorer, inklusive kolprekursorer som GO och PI. Konventionella grafenberedningsmetoder är energikrävande, dyra eller miljövänliga, men denna laserritningsmetod för grafenberedning övervinner dessa nackdelar. LSG kan modifieras i ett steg genom att justera laserparametrarna, atmosfären och dopningen. LSG:s stora yta, goda elektriska ledningsförmåga och enkla och effektiva tillverkningsprocess gör den utmärkt potential för sensortillämpningar.
Forskargruppen sammanfattade tillämpningarna av LSG i stresssensorer, biosensorer, gassensorer, temperatursensorer och fuktsensorer. Sensorernas prestanda kan optimeras genom att använda lämplig lasereffekt, skanningshastighet, skanningsavstånd och lämplig dopning vid framställningen av LSG. För multifunktionella sensorer kan överhörningen mellan olika signaler minskas genom strukturella konstruktioner och mönstring. I synnerhet gör den flexibla mönstrade beredningen och olika flexibla substrat LSG lovande även för bärbara sensorapplikationer.
Mer information: Xing Liu et al, Laserskrivet grafen för sensorer:förberedelse, modifiering, tillämpningar och framtidsutsikter, Light:Advanced Manufacturing (2023). DOI:10.37188/lam.2023.011
Tillhandahålls av TranSpread
