p Pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e da Technical University of Darmstadt desenvolveram um novo sensor para moléculas de gás combinando um transistor de grafeno com um revestimento metal-orgânico personalizado. O sensor inovador detecta moléculas de maneira específica e precisa e representa o protótipo de uma classe totalmente nova de sensores. O sensor de etanol desenvolvido não responde a outros álcoois nem à umidade. Os resultados são relatados em Materiais avançados . p Sensores são onipresentes em veículos ou smartphones, laboratórios de pesquisa e instalações industriais. Eles capturam certas propriedades físicas ou químicas, como pressão, cepa, ou moléculas de gás, e transmitir os dados para processamento. Desenvolvimento adicional de sensores, portanto, é de importância decisiva para o progresso tecnológico. Os sensores são caracterizados por sua seletividade, ou seja, sua capacidade de detectar uma determinada propriedade na presença de outra, propriedades potencialmente interferentes, bem como por sua sensibilidade, ou seja, sua capacidade de medir até mesmo valores baixos.

p Pesquisadores do KIT e da Universidade Técnica de Darmstadt conseguiram desenvolver um novo tipo de sensor para moléculas na fase gasosa. Os cientistas relatam em Materiais avançados que o princípio de funcionamento desta nova classe de sensores é baseado na combinação de transistores de grafeno sensíveis com revestimentos metal-orgânicos personalizados. Esta combinação permite a detecção seletiva de moléculas. Como um protótipo, os autores apresentam um sensor de etanol específico. Ao contrário dos sensores disponíveis comercialmente, não responde a álcoois nem à umidade.

p O grafeno é uma modificação do carbono com uma estrutura bidimensional. Por natureza, é altamente sensível a moléculas estranhas que se fixam na superfície. "Contudo, o grafeno não exibe nenhuma interação específica da molécula necessária para uso como sensor, "Ralph Krupke diz. Krupke é professor do Instituto de Nanotecnologia (INT) do KIT e do Instituto de Ciência dos Materiais de TU Darmstadt. Juntamente com o Professor Wolfgang Wenzel (também INT) e o Professor Christof Wöll, que dirige o Instituto de Interfaces Funcionais (IFG) do KIT, ele dirigiu o estudo. O primeiro autor é Sundeep Kumar, que conduz pesquisas no laboratório de Ralph Krupke no KIT e trabalha em seu doutorado na área de nanoestruturas moleculares no Instituto de Ciência de Materiais de TU Darmstadt. "Para alcançar a seletividade necessária, fizemos uma estrutura metal-orgânica crescer na superfície, "Krupke explica.

p Os sensores podem ser ajustados com precisão

p Estruturas metal-orgânicas (MOFs) consistem em nós metálicos e moléculas orgânicas como hastes de conexão. Ao escolher várias combinações, esses materiais cristalinos altamente porosos podem ser adaptados para diferentes aplicações para atingir uma capacidade de absorção seletiva para certas moléculas, por exemplo. Os pesquisadores de Karlsruhe e Darmstadt apresentaram uma plataforma de sensor seletivo através do crescimento de uma estrutura metal-orgânica montada na superfície (SURMOF) diretamente em um transistor de efeito de campo de grafeno (GFET). Esse componente se beneficia da alta sensibilidade e da leitura simples de um GFET, bem como da alta seletividade de um SURMOF.

p "A combinação das propriedades eletrônicas exclusivas do grafeno com a alta variabilidade química dos MOFs abre um grande potencial, "Christof Wöll diz. Como vários tipos de SURMOFs podem ser produzidos e os designs químicos da interface entre GFET e SURMOF podem variar, O trabalho dos pesquisadores abre uma classe inteiramente nova de sensores com seletividade e sensibilidade especificamente ajustadas. "Aqui, simulação ajuda, "Wolfgang Wenzel diz, "pois podemos criar muitos MOFs no computador sem ter que sintetizá-los."