Sebbene abbiano scoperto che il grafene produce ottimi sensori chimici, i ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno scoperto un "colpo di scena" inaspettato - che i sensori sono migliori quando il grafene è "peggio" - più imperfezioni migliorano le prestazioni.

"Questo è esattamente l'opposto di quello che vorresti per i transistor, Per esempio, " ha spiegato Eric Pop, un assistente professore di ingegneria elettrica e informatica e membro del gruppo di ricerca interdisciplinare. "Trovare che quanto meno perfetti erano, meglio funzionavano, all'inizio era controintuitivo."

Il gruppo di ricerca, che comprende ricercatori sia di ingegneria chimica che di ingegneria elettrica, e da una startup, Materiali di biossido, hanno riportato i loro risultati nel 23 novembre numero 2011 di Materiale avanzato .

"L'obiettivo di questo lavoro era capire cosa limita la sensibilità di semplici, chemiresistori al grafene a due terminali, e studiarlo nel contesto di dispositivi economici facilmente fabbricabili mediante deposizione chimica da fase vapore (CVD), " hanno dichiarato gli autori principali Amin Salehi-Khojin e David Estrada.

I ricercatori hanno scoperto che la risposta dei chemiresistori al grafene dipende dal tipo e dalla geometria dei loro difetti.

"I chemiresistori al grafene quasi incontaminati sono meno sensibili alle molecole di analita perché gli adsorbati si legano ai difetti puntiformi, che hanno percorsi a bassa resistenza intorno a loro, " ha osservato Salehi-Khojin, ricercatore presso Dioxide Materials e ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare (ChemE) dell'Illinois. "Di conseguenza, l'adsorbimento nei difetti puntuali ha solo un piccolo effetto sulla resistenza complessiva del dispositivo. D'altra parte, difetti di linea di dimensioni micrometriche o linee continue di difetti puntuali sono diversi perché non esistono percorsi di conduzione facili attorno a tali difetti, quindi la variazione di resistenza dopo l'adsorbimento è significativa."

"Questo può portare a sensori di gas migliori e più economici per una varietà di applicazioni come energia, sicurezza nazionale e diagnostica medica", ha affermato Estrada, dottorando presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica.

Secondo gli autori, la natura bidimensionale del difettoso, I chemiresistori di grafene coltivati ​​in CVD li fanno comportare in modo diverso rispetto ai chemiresistori di nanotubi di carbonio. Questa sensibilità è ulteriormente migliorata tagliando il grafene in nastri di larghezza paragonabile alle dimensioni del difetto di linea, o micrometri in questo studio.

"Ciò che abbiamo determinato è che i gas che stavamo rilevando tendono a legarsi ai difetti, " Pop ha detto. "I difetti superficiali del grafene sono o punti-, grinza-, o simile a una linea. Abbiamo scoperto che i punti non contano molto e che le linee sono più probabili dove avviene il rilevamento".

"I nastri di grafene con difetti di linea sembrano offrire prestazioni superiori come sensori di grafene, ", ha affermato Richard Masel, professore emerito di ChemE e CEO di Dioxide Materials. "Andando avanti, pensiamo di essere in grado di progettare i difetti della linea per massimizzare la sensibilità del materiale. Questo nuovo approccio dovrebbe consentirci di produrre sensori chimici economici e sensibili con prestazioni migliori di quelle dei sensori a nanotubi di carbonio".