團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種由石墨烯制成的新型納米帶，這是一個由碳原子構(gòu)成的2D蜂巢。當(dāng)研究人員將納米帶薄膜集成到氣體 傳感器 的電路中去時，與過去的傳感器，甚至是最佳性能的碳基材料相比，它對分子的響應(yīng)靈敏度高出了100倍。
 

內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分�；瘜W(xué)系的副教授Alexander Sinitskii表示，“我們以前也研究過其它碳基材料傳感器，如石墨烯和氧化石墨烯。使用石墨烯納米帶，我們確定可以看到傳感器的響應(yīng)，但是我們沒有預(yù)想到會比過去所看到的更高。”
 

研究人員在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上發(fā)表了研究結(jié)果，顯示氣體分子可以顯著改變納米帶薄膜的電阻。不同的氣體產(chǎn)生不同的電阻特征，幫助傳感器在它們之間進(jìn)行區(qū)分。
 

內(nèi)布拉斯加州材料與納米科學(xué)中心的一名成員Sinitskii表示，“一張芯片上有多個傳感器，我們能夠證明我們可以區(qū)分具有幾乎相同化學(xué)性質(zhì)的分子。例證如下，我們可以區(qū)分甲醇和乙醇，因此這些基于石墨烯納米帶的傳感器不僅具有敏感性，還具有選擇性。”
 

這張圖片呈現(xiàn)了氣體分子如何擴(kuò)大團(tuán)隊(duì)石墨烯納米帶行與行之間的間隙。內(nèi)布拉斯加州材料與納米科學(xué)中心的AlexanderSinitskii及其同事已經(jīng)提出這種現(xiàn)象部分地解釋了納米帶如何為傳感器提供前所未有的靈敏度
 

Sinitskii和他的同事懷疑納米帶的顯著性能部分來源于納米帶和氣體分子之間非同尋常的相互作用。不同于他們的前輩，該團(tuán)隊(duì)的納米帶排列整齊，類似于查理布朗的條紋襯衫般垂直放置，而不是平躺在表面。該團(tuán)隊(duì)指出，氣體分子可以將這些行列分開，有效地延長了納米帶之間的間隙，幫助電子跳躍到導(dǎo)電區(qū)。
 

加入（苯）環(huán)

石墨烯納米帶納米薄膜
 

石墨烯中2004年被發(fā)現(xiàn)，并最終獲得諾貝爾獎，其擁有無與倫比的導(dǎo)電性。但是該材料缺乏帶隙，電子從原子周圍的軌道跳躍到驅(qū)動電導(dǎo)率的外部“導(dǎo)帶”之前需要獲取能量，最初階段石墨烯因其電導(dǎo)率過低給研究人員帶來了不少阻礙。相應(yīng)地，對石墨烯應(yīng)用在需要任意調(diào)節(jié)材料電導(dǎo)率的電子學(xué)領(lǐng)域也提出了挑戰(zhàn)。
 

一個潛在的解決方案是將石墨烯修剪為納米帶，通過計(jì)算機(jī)模擬出難以擁有的帶隙。上述方案通過實(shí)驗(yàn)被證明是具有難度的，為了保留石墨烯吸引人的特性，會對原子精度有要求，因此研究人員開始自下而上制備納米帶，戰(zhàn)略性地將分子聚合到某種類型的固體表面上。雖然這一過程解決了問題，而且由此產(chǎn)生的納米帶確實(shí)有了帶隙，但是研究人員一次制成的納米帶數(shù)量有限。
 

2014年，Sinitskii開創(chuàng)了一種液體解決方案，可以大批量生產(chǎn)納米帶，這是擴(kuò)大該技術(shù)應(yīng)用于電子領(lǐng)域的關(guān)鍵一步。但是用這些納米帶制成的薄膜導(dǎo)電性不足，無法進(jìn)行電氣測量。
 

該團(tuán)隊(duì)的最新研究采用了最原始的化學(xué)方法，在第一代納米帶的任意一側(cè)加入苯環(huán)（具有六個碳原子和氫原子的環(huán)狀分子）。這些圓環(huán)加寬了納米帶，減小了帶隙，并提高了導(dǎo)電能力。
 

Sinitskii說道，“人們通常不會想到把石墨烯納米帶用作傳感器材料，然而，相同（性質(zhì)）使得納米帶對諸如晶體管這類的器件有好處，將其導(dǎo)電率提高幾個數(shù)量級也對傳感器有好處。”
 

“未來有可能會設(shè)計(jì)出許多不同種類，又具有不同特性的石墨烯納米帶。目前只有幾種類型的納米帶已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但是化學(xué)家對尚未合成的納米帶有許多有趣的理論推測。因此，不久的將來研究人員有望開發(fā)出具有更佳特性的新型納米帶，伴隨更好的傳感器特性來到大家面前。”