El grafeno, una hoja de carbono de espesor atómico, ha encontrado inmensas aplicaciones en sensores de gas debido a su sensibilidad de molécula única, bajos niveles de ruido y alta densidad de portadores. Sin embargo, la tan anunciada sensibilidad del grafeno también significa que es inherentemente no selectivo para ningún gas. Por lo tanto, obtiene fácilmente un gran dopaje p (reducción de la densidad de electrones del grafeno) cuando se expone al aire atmosférico, lo que limita las demostraciones de su selectividad solo a entornos inertes como el aire seco o el nitrógeno.

Sin embargo, para la comercialización real de grafeno en aplicaciones como monitoreo ambiental o sensores clínicos de gases respiratorios/cutáneos, se requiere exposición atmosférica. Esto ha requerido el deseo de lograr la pasivación atmosférica simultánea y la detección de gas selectiva y de alta velocidad en el grafeno. Los métodos comunes para inducir selectividad generalmente involucran recubrimientos de polímeros en grafeno. Sin embargo, este enfoque cambia las características intrínsecas del grafeno, al mismo tiempo que expone secciones significativas del canal de grafeno al dopaje atmosférico.

Para lograr la pasivación atmosférica simultánea y la detección selectiva de gases en el grafeno, un equipo de investigación dirigido por el Dr. Manoharan Muruganathan (profesor principal) y el profesor Hiroshi Mizuta del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) desarrolló un nano-poroso activado- canal de grafeno funcionalizado con carbono en colaboración con socios industriales, el Sr. Hisashi Maki, el Sr. Masashi Hattori, el Sr. Kenichi Shimomai.

El canal de grafeno de depósito químico de vapor (CVD) funcionalizado con carbón activado (Figura 1) se obtuvo a través de la pirólisis de un polímero de resina Novolac poslitográfico, dicen los investigadores, el Dr. A. Osazuwa Gabriel y el Dr. R. Sankar Ganesh. Debido a la función de trabajo similar entre el carbón activado y el grafeno, las características electrónicas del CVD-grafeno se conservan en el sensor, con un dopaje atmosférico insignificante incluso después de 40 minutos de exposición atmosférica. Además, la interfaz oxidada de carbón activado y grafeno define los sitios de adsorción selectiva de amoníaco, lo que da como resultado una sensibilidad al amoníaco a temperatura ambiente de partes por billón (ppb) de un solo dígito en el aire atmosférico con un tiempo de respuesta de unos pocos segundos. En consecuencia, se logró la funcionalidad del tamiz molecular en el aire atmosférico.

Usando el mismo sensor, también demostraron una nueva técnica de identificación molecular, el método de disparidad del punto de neutralidad de carga, que utiliza las características de transferencia de carga dependientes del campo eléctrico de los gases adsorbidos en el canal de grafeno. La selectividad extrema del amoníaco, la pasivación atmosférica, así como la fabricación litográfica fácil y escalable de este sensor lo hacen adecuado para aplicaciones de sensores ambientales y clínicos. "Estos resultados llevan los sensores de gas de grafeno de demostraciones en entornos controlados a aplicaciones atmosféricas reales, lo que abre una nueva perspectiva en la detección de gas basada en grafeno", dice el colaborador de investigación Masashi Hattori. + Explora más

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