Con el desarrollo de la era de la información, los sensores capaces de transmitir y detectar información se han convertido en la principal forma de obtener información. Por lo tanto, es esencial construir un sistema de sensores con un amplio rango de detección, alta sensibilidad y respuesta rápida.
Recientemente, los materiales de grafeno han recibido cada vez más atención para aplicaciones de sensores debido a su excelente conductividad eléctrica y propiedades físicas, ópticas, térmicas y estructurales. Estas aplicaciones incluyen principalmente la detección de propiedades físicas como presión y tensión mecánica, sustancias químicas como glucosa, dopamina, proteínas, metales pesados y contaminantes orgánicos, así como la detección de gases, temperatura y humedad.
En un nuevo artículo publicado en Light:Advanced Manufacturing , científicos dirigidos por el doctor Zhengfen Wang y el profesor Xi Chen de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shanghai han revisado el grafeno grabado con láser (LSG) para la fabricación de sensores.
El grafeno se ha preparado con varios métodos, como la exfoliación mecánica, la deposición química de vapor (CVD), el crecimiento epitaxial y la reducción química del óxido de grafeno. Se puede obtener grafeno de alta calidad mediante exfoliación mecánica, pero la baja eficiencia impide la producción a gran escala de grafeno.
El método CVD se considera el método más prometedor para preparar grandes áreas y grafeno de alta calidad, pero el método CVD está limitado por el alto consumo de energía y el costo. Las películas de grafeno preparadas mediante el método de crecimiento epitaxial tienen buena conductividad eléctrica y alta transmitancia óptica. Sin embargo, requieren procesamiento a alta temperatura, consumo de energía y costos de transferencia. La reducción química del óxido de grafeno es de bajo costo y alta eficiencia, pero crea problemas de contaminación ambiental durante el proceso de preparación. Por lo tanto, los métodos de preparación del grafeno, de bajo coste, alta eficiencia y libres de contaminación, siguen siendo muy interesantes.
La técnica de escritura directa con láser ha atraído recientemente aplicaciones de investigación en diversos campos debido a sus ventajas únicas de reducción selectiva y localizada, modelado preciso y rápido, y ausencia de máscaras y productos químicos adicionales. Con la técnica de escritura directa con láser, se utiliza un láser para irradiar los precursores de carbono y generar grafeno mediante trazado in situ. Todo el proceso de trazado láser lleva solo unos minutos, lo que mejora significativamente la eficiencia de la preparación del grafeno.
Las excelentes propiedades de alta superficie, alta estabilidad térmica y alta conductividad eléctrica que exhiben las películas de LSG han llevado a su uso en una amplia variedad de aplicaciones. Esas aplicaciones incluyen fotodetectores, sensores, almacenamiento de energía, memristores, holografía, aplicaciones antibacterianas y antenas.
El equipo de investigación discutió la preparación y modificación de LSG, que puede prepararse mediante diferentes fuentes y precursores de luz láser, incluidos precursores de carbono como GO y PI. Los métodos convencionales de preparación de grafeno consumen mucha energía, son costosos o no son respetuosos con el medio ambiente, pero este método de trazado láser para la preparación de grafeno supera estos inconvenientes. El LSG se puede modificar en un solo paso ajustando los parámetros del láser, la atmósfera y el dopaje. La gran superficie, la buena conductividad eléctrica y el proceso de fabricación simple y eficiente del LSG lo convierten en un excelente potencial para aplicaciones de sensores.
El equipo de investigación resumió las aplicaciones de LSG en sensores de estrés, biosensores, sensores de gas, sensores de temperatura y sensores de humedad. El rendimiento de los sensores se puede optimizar utilizando la potencia del láser, la velocidad de escaneo, el espaciado de escaneo y el dopaje adecuado en la preparación del LSG. En el caso de los sensores multifuncionales, la diafonía entre diferentes señales se puede reducir mediante diseños y patrones estructurales. En particular, la preparación con patrones flexibles y varios sustratos flexibles hacen que LSG también sea prometedor para aplicaciones de sensores portátiles.
Más información: Xing Liu et al, Grafeno grabado con láser para sensores:preparación, modificación, aplicaciones y perspectivas futuras, Luz:fabricación avanzada (2023). DOI:10.37188/lam.2023.011
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