Газовые сенсоры крайне важны для обеспечения безопасности в домах и на рабочих местах, контроля загрязнения окружающей среды и оптимизации промышленных процессов. Традиционные устройства страдают ограниченной чувствительностью, медленным временем отклика и высоким энергопотреблением.
Современные исследования сфокусированы на углеродных наноматериалах, особенно на графене, который отличается исключительной чувствительностью при комнатной температуре и минимальным расходом энергии. Эти качества позволяют рассматривать графен как материал, способный коренным образом изменить принципы обнаружения газа.
Группа ученых из Graduate School of Science, Университета Чибы, Япония, под руководством доцента Томонори Охбы совместно с Сого Ивакоми и Шунья Якусидзи представила результаты исследований, опубликованные в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Проведенная работа демонстрирует значительный прорыв в разработке технологий газо детекторов.
В центре эксперимента лежала обработка графеновых листов плазмой для повышения их газочувствительности, в частности, для обнаружения аммиака (NH3) – токсичного газа. Применялись различные газовые среды – аргон, водород и кислород – что позволяло функционализировать поверхность графена посредством присоединения химических групп и создания контролируемых дефектов, действующих как дополнительные места для связывания молекул NH3. Полученные результаты подтверждались с помощью современных спектроскопических методов и теоретических вычислений.
Обработка кислородной плазмой приводит к окислению графена и формированию «графоксида» с дефектами типа углеродных вакансий. В свою очередь, воздействие водородной плазмой вызывает гидрирование, образуя «графан» с дефектами sp³, когда углерод переходит из плоской конфигурации в тетраэдрическую структуру. Обработка аргоновой плазмой сочетает эффекты обоих подходов, создавая графен с комбинированными дефектами.
Функционализированный графен демонстрирует значительно усиленное связывание молекул аммиака, что приводит к изменению его электрической проводимости. Наиболее заметное изменение наблюдается у графоксида – до 30-процентного изменения сечения сопротивления, что свидетельствует о резком улучшении чувствительности по сравнению с необработанным графеном.
Испытания на долговечность показали, что, несмотря на наличие некоторых необратимых изменений, основные характеристики изменяемости проводимости остаются обратимыми и устойчивыми при многократном воздействии NH3. Данный результат подтверждает, что плазменное функционализирование графена создает материалы с повышенной надежностью и превосходящими показатели работы газосенсоров.
Перспективы применения модифицированного графена охватывают не только системы промышленного контроля, но и носимые устройства, позволяющие в реальном времени обнаруживать опасные газы в окружающей среде.
Изображение носит иллюстративный характер
Современные исследования сфокусированы на углеродных наноматериалах, особенно на графене, который отличается исключительной чувствительностью при комнатной температуре и минимальным расходом энергии. Эти качества позволяют рассматривать графен как материал, способный коренным образом изменить принципы обнаружения газа.
Группа ученых из Graduate School of Science, Университета Чибы, Япония, под руководством доцента Томонори Охбы совместно с Сого Ивакоми и Шунья Якусидзи представила результаты исследований, опубликованные в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Проведенная работа демонстрирует значительный прорыв в разработке технологий газо детекторов.
В центре эксперимента лежала обработка графеновых листов плазмой для повышения их газочувствительности, в частности, для обнаружения аммиака (NH3) – токсичного газа. Применялись различные газовые среды – аргон, водород и кислород – что позволяло функционализировать поверхность графена посредством присоединения химических групп и создания контролируемых дефектов, действующих как дополнительные места для связывания молекул NH3. Полученные результаты подтверждались с помощью современных спектроскопических методов и теоретических вычислений.
Обработка кислородной плазмой приводит к окислению графена и формированию «графоксида» с дефектами типа углеродных вакансий. В свою очередь, воздействие водородной плазмой вызывает гидрирование, образуя «графан» с дефектами sp³, когда углерод переходит из плоской конфигурации в тетраэдрическую структуру. Обработка аргоновой плазмой сочетает эффекты обоих подходов, создавая графен с комбинированными дефектами.
Функционализированный графен демонстрирует значительно усиленное связывание молекул аммиака, что приводит к изменению его электрической проводимости. Наиболее заметное изменение наблюдается у графоксида – до 30-процентного изменения сечения сопротивления, что свидетельствует о резком улучшении чувствительности по сравнению с необработанным графеном.
Испытания на долговечность показали, что, несмотря на наличие некоторых необратимых изменений, основные характеристики изменяемости проводимости остаются обратимыми и устойчивыми при многократном воздействии NH3. Данный результат подтверждает, что плазменное функционализирование графена создает материалы с повышенной надежностью и превосходящими показатели работы газосенсоров.
Перспективы применения модифицированного графена охватывают не только системы промышленного контроля, но и носимые устройства, позволяющие в реальном времени обнаруживать опасные газы в окружающей среде.
