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卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 和达姆施塔特技术大学的研究人员开发了一种新型气体分子传感器。为此，他们将石墨烯晶体管与特制的有机金属涂层相结合。创新的传感器精确地检测分子，并为全新类型的传感器铺平了道路。作为原型示例，该小组将展示一种不会与其他酒精或水分发生反应的乙醇传感器。他们在 《Advanced Materials 》杂志上发表了他们的研究结果。(DOI: 10.1002 / adma.202103316) 无论是在汽车或智能手机中，还是在研究实验室或工业厂房中，传感器已经无处不在。 它们记录某些物理或化学特性，例如压力、应变或气体分子，并转发数据进行处理。 因此，传感器的进一步发展对技术进步至关重要。 传感器的特点是它们的选择性，即即使在存在其他潜在干扰特性的情况下也能检测到某种特性，以及它们的灵敏度，即检测甚至低值的能力。 KIT 和达姆施塔特技术大学的研究人员现已成功开发出一种新型的气相分子传感器。正如科学家们在 《Advanced Materials 》杂志上报道的那样，这种新型传感器的功能原理基于灵敏的石墨烯晶体管与特制的有机金属涂层的组合。这种组合能够选择性地检测分子。作为原型示例，作者展示了一种特定的乙醇传感器，与目前可用的商业传感器不同，它不会对其他酒精或水分起反应。 石墨烯是具有二维结构的碳的变体。 就其本质而言，石墨烯对积聚在表面的外来分子高度敏感。“然而，石墨烯本身没有任何分子特异性相互作用，这是用作传感器所必需的，”KIT 纳米技术研究所 (INT) 和达姆施塔特工业大学材料科学研究所教授 Ralph Krupke 解释说。他与 KIT INT 的 Wolfgang Wenzel 教授和 KIT 功能接口研究所 (IFG) 负责人 Christof Wöll 教授一起负责这项研究。第一作者是 Sandeep Kumar，他在 KIT 的 Ralph Krupke 实验室进行研究，目前正在达姆施塔特工业大学材料科学研究所攻读分子纳米结构领域的博士学位。 传感器可以精确调整 金属有机框架 (MOF) 由金属节点和有机分子作为连接支柱组成。通过各种组合，这些高度多孔的结晶材料可以针对各种应用进行定制，例如为了实现对传感器中某些分子的选择性吸收能力。卡尔斯鲁厄和达姆施塔特的研究人员通过在石墨烯场效应晶体管 (GFET) 上直接生长表面贴装金属有机框架 (SURMOF)，展示了一种选择性传感器平台。这种组件受益于 GFET 的高灵敏度和简单读出以及 SURMOF 的高选择性。 “石墨烯独特的电子特性与 MOF 巨大的化学可变性的结合开辟了巨大的潜力，”克里斯托夫沃尔说。由于 SURMOF 可以以多种变体生产，并且 GFET 和 SURMOF 之间的界面可以采用不同的化学方式设计，因此来自卡尔斯鲁厄和达姆施塔特的研究人员的工作为开发具有精确调整选择性和灵敏度的全新类型传感器铺平了道路。“这是模拟可以提供帮助的地方，”Wolfgang Wenzel 解释说，因为我们可以在计算机上构建许多 MOF，而无需合成它们。” 摘自《The Graphene Council》 |
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