Un equipo internacional de científicos dirigido por el Laboratorio Nacional de Física (NPL) ha realizado nuevas mediciones de la respuesta eléctrica del grafeno al aire sintético. exponiendo una clara brecha de conocimiento que debe superarse antes de la comercialización de sensores de gas basados ​​en grafeno.

La detección temprana de gases es crucial en muchos campos, incluida la protección del medio ambiente, diagnóstico médico y defensa nacional. Grafeno el 'material maravilloso' que consiste en una capa bidimensional de átomos de carbono, ha atraído mucha atención por sus posibles aplicaciones de detección de gases.

Cuando la superficie del grafeno está expuesta a ciertos químicos, esos productos químicos donan o retiran electrones del grafeno, provocando un cambio en la resistividad eléctrica. El grafeno es increíblemente sensible a este proceso, de hecho, es tan sensible que una sola molécula de dióxido de nitrógeno puede provocar un cambio medible. Un sensor de gas basado en grafeno usaría estos cambios eléctricos para detectar el producto químico objetivo.

Sin embargo, No es tan simple. Los sensores de gas deben estar expuestos al medio ambiente para detectar las especies objetivo, pero el grafeno es sensible a una variedad tan amplia de productos químicos que su resistividad eléctrica cambia significativamente solo en el aire ambiente. Esto hace que sea difícil diferenciar entre los cambios causados ​​por el gas objetivo y los causados ​​por el entorno natural.

En un nuevo estudio, un grupo de científicos de NPL, La Universidad de Tecnología de Chalmers y el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. Han utilizado una técnica novedosa para examinar los efectos del aire ambiental sobre el grafeno en un entorno controlado con el fin de caracterizar su respuesta.

Los investigadores investigaron los efectos del nitrógeno, oxígeno, vapor de agua y dióxido de nitrógeno (en concentraciones típicamente presentes en el aire ambiente) en el grafeno epitaxial dentro de una cámara ambiental controlada. Todas las mediciones se tomaron en NPL aplicando microscopía de fuerza de sonda Kelvin mientras se realizaban simultáneamente mediciones de transporte (resistencia). Esta nueva combinación dio a los investigadores la capacidad única de conectar las propiedades electrónicas locales y globales juntas, una tarea que ha demostrado ser difícil en el pasado.

El estudio, publicado en materiales 2D, demostró experimentalmente que la combinación de gases utilizada no replica completamente los efectos del aire ambiente; incluso en concentraciones superiores a las que se encuentran en la atmósfera típica, hay una gran diferencia en la respuesta del grafeno. Este resultado contradice la literatura pasada, que ha atribuido principalmente los cambios en las propiedades electrónicas del grafeno a estos gases. Y plantea la pregunta:"¿Qué sustancias químicas misteriosas están causando esta respuesta significativa?"

Está claro que, mientras que los sensores de gas basados ​​en grafeno tienen un gran potencial, todavía queda mucha investigación por hacer. Se necesita una mayor exploración para encontrar el eslabón perdido entre los efectos observados en laboratorios controlados y los efectos observados en el aire ambiente. Los investigadores también están interesados ​​en estudiar métodos para optimizar los dispositivos reduciendo la sensibilidad a especies objetivo específicas, como la funcionalización química.