關(guān)于石墨烯在傳感器中的應(yīng)用與展望

石墨烯傳感器是由石墨烯制作而成的用途廣泛的高光敏度傳感器。這種新型傳感器的關(guān)鍵在于使用了“滯留光線”的納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)能夠比傳統(tǒng)的傳感器更長時(shí)間地捕獲產(chǎn)生光線的電子微粒。這就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生一種更強(qiáng)的電信號，就像數(shù)碼相機(jī)所拍攝的照片一樣，它能夠?qū)⑦@種電信號轉(zhuǎn)變成圖像。

一、氣體傳感器

石墨烯氣體分子檢測傳感器的工作原理是測量材料導(dǎo)電率的變化，通過在石墨烯表面吸附氣體分子，作為電子的供體或受體。研究表明，傳導(dǎo)的量子尺度的變化可以通過石墨烯靈敏地顯示出來，因此用傳感器來檢測單個(gè)氣體分子似乎是可行的。但測量時(shí)的溫度和目標(biāo)氣體的流速很有可能會(huì)影響這種靈敏度。其次，石墨烯還擁有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)——超低噪聲材料。這個(gè)優(yōu)勢讓石墨烯即使在沒有載流子和多出幾個(gè)電子的極限情況下，它的載流子濃度也能夠發(fā)生很大的變化。除了這個(gè)優(yōu)勢之外，石墨烯在這個(gè)應(yīng)用中還可以在單晶上創(chuàng)建四探針器件，這保證了任何接觸電阻對限制靈敏度的影響可以被消。

二、光電傳感器

石墨烯的高導(dǎo)電性和近乎透明的特性使其成為光電傳感器中透明電極的一個(gè)吸引人的選擇。石墨烯的光電探測器的工作原理是測量光子通量，它通過將吸收的光子能量轉(zhuǎn)換為電流來測量，與半導(dǎo)體的傳統(tǒng)探測器相比，石墨烯基光電探測器具有更寬的工作波長范圍。此外，石墨烯擁有比其他材料更優(yōu)越的載流子遷移率，這意味著它的響應(yīng)時(shí)間比其他光電探測器的響應(yīng)時(shí)間快得多，這應(yīng)該會(huì)轉(zhuǎn)化為超快的光學(xué)傳感器。

三、柔性傳感器

石墨烯在柔性和可拉伸的應(yīng)變和壓力傳感器、光電探測器、霍爾傳感器、電化學(xué)傳感器和生物傳感器方面已經(jīng)顯示出巨大潛力。由于石墨烯固有的柔韌性，即使當(dāng)對其施加機(jī)械應(yīng)變時(shí)，其電性能不會(huì)降低。因此，石墨烯一直被認(rèn)為是制造高伸縮性和柔性傳感器和其他電子器件的理想材料。為了實(shí)現(xiàn)石墨烯傳感元件的柔性電接觸，將液態(tài)金屬放入微流體通道中作為互連材料。柔性應(yīng)變傳感器在可穿戴電子產(chǎn)品中可能會(huì)有應(yīng)用，特別是在運(yùn)動(dòng)和鍛煉過程中的監(jiān)測目的。

基于石墨烯優(yōu)異的性能，使得傳感器的靈敏化、智能化、便攜化成為可能，它無論是在運(yùn)動(dòng)傳感、環(huán)境傳感還是生物傳感上皆有持續(xù)的研究進(jìn)展。除了石墨烯傳感器優(yōu)勢性能明顯，部分特性不遜色于市面上的各類商業(yè)化傳感器之外。更讓人值得期待的是，由于目前石墨烯批量化制備成本降低，石墨烯功能化定制工藝成熟，推進(jìn)了石墨烯傳感器的制備進(jìn)程，在如人機(jī)互動(dòng)、醫(yī)療反饋傳感等明確的市場導(dǎo)向下，石墨烯傳感器的發(fā)展將會(huì)愈發(fā)快速，為傳感器的發(fā)展指明了一個(gè)新的方向。

審核編輯 ：李倩