Aunque descubrieron que el grafeno produce muy buenos sensores químicos, Los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han descubierto un "giro" inesperado:que los sensores son mejores cuando el grafeno es "peor", más imperfecciones mejoraron el rendimiento.

"Esto es todo lo contrario de lo que desearía para los transistores, por ejemplo, "explicó Eric Pop, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática y miembro del equipo de investigación interdisciplinario. "Descubrir que cuanto menos perfectos eran, cuanto mejor trabajaban, fue contrario a la intuición al principio ".

El grupo de investigación, que incluye investigadores tanto de ingeniería química como de ingeniería eléctrica, y de una empresa de nueva creación, Materiales de dióxido, informó sus resultados en el 23 de noviembre, 2011 edición de Materiales avanzados .

"El objetivo de este trabajo fue comprender qué limita la sensibilidad de lo simple, quimiorresistores de grafeno de dos terminales, y estudiar esto en el contexto de dispositivos económicos fácilmente fabricados por deposición química en fase de vapor (CVD), "declararon los autores principales Amin Salehi-Khojin y David Estrada.

Los investigadores encontraron que la respuesta de las resistencias químicas de grafeno depende de los tipos y la geometría de sus defectos.

"Los quimiorresistores de grafeno casi prístinos son menos sensibles a las moléculas de analito porque los adsorbatos se unen a defectos puntuales, que tienen vías de baja resistencia a su alrededor, "señaló Salehi-Khojin, científico investigador en Dioxide Materials e investigador asociado postdoctoral en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular (ChemE) en Illinois. "Como resultado, La adsorción en defectos puntuales solo tiene un efecto pequeño en la resistencia general del dispositivo. Por otra parte, Los defectos de línea del tamaño de un micrómetro o las líneas continuas de defectos puntuales son diferentes porque no existen caminos de conducción fáciles alrededor de dichos defectos, por lo que el cambio de resistencia después de la adsorción es significativo ".

"Esto puede conducir a sensores de gas mejores y más baratos para una variedad de aplicaciones como energía, seguridad nacional y diagnóstico médico ", dijo Estrada, quien es candidato a doctorado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática.

Según los autores, la naturaleza bidimensional de defectuoso, Las resistencias químicas de grafeno crecidas por CVD hacen que se comporten de manera diferente a las resistencias químicas de nanotubos de carbono. Esta sensibilidad se mejora aún más cortando el grafeno en cintas de ancho comparable a las dimensiones del defecto de línea, o micrómetros en este estudio.

"Lo que determinamos es que los gases que detectamos tienden a adherirse a los defectos, "Dijo Pop." Los defectos superficiales en el grafeno son puntuales, arruga-, o en forma de línea. Descubrimos que los puntos no importan mucho y que es más probable que las líneas se encuentren donde ocurre la detección ".

"Las cintas de grafeno con defectos de línea parecen ofrecer un rendimiento superior como sensores de grafeno, ", dijo el profesor emérito de ChemE y director ejecutivo de Dioxide Materials, Richard Masel." De cara al futuro, creemos que podemos diseñar los defectos de la línea para maximizar la sensibilidad del material. Este enfoque novedoso debería permitirnos producir sensores químicos sensibles y económicos con un rendimiento mejor que el de los sensores de nanotubos de carbono ".