p Os pesquisadores descobriram uma maneira de criar um sensor químico altamente sensível com base nas falhas cristalinas das folhas de grafeno. As imperfeições têm propriedades eletrônicas únicas que os pesquisadores foram capazes de explorar para aumentar a sensibilidade às moléculas de gás absorvidas em 300 vezes. p O estudo está disponível online antes da impressão em Nature Communications .

p Amin Salehi- Khojin, professor assistente de engenharia mecânica e industrial no laboratório com Mohammad Asadi, estudante de graduação e Bijandra Kumar, post doc onde estão fazendo pesquisas em sensores de grafeno. Foto:Roberta Dupuis-Devlin / UIC Photo Services

p Quando uma rede ou folha de grafeno é formada, sua estrutura policristalina tem limites aleatórios entre os grãos de cristal único. As propriedades da rede são significativamente afetadas por esses "limites de grão, "disse Amin Salehi-Khojin, Professor assistente de engenharia mecânica e industrial da UIC e pesquisador principal do estudo.

p Em muitas aplicações, os limites dos grãos são considerados falhas porque espalham elétrons e podem enfraquecer a rede. Mas Salehi-Khojin e seus colegas mostraram que essas imperfeições são importantes para o funcionamento de sensores de gás baseados em grafeno. Eles criaram um tamanho mícron, limite de grão de grafeno individual para sondar suas propriedades eletrônicas e estudar seu papel no sensoriamento de gás.

p Sua primeira descoberta foi que as moléculas de gás são atraídas para a fronteira do grão e se acumulam lá, ao invés do cristal de grafeno, tornando-o o local ideal para detectar moléculas de gás. As propriedades elétricas de um contorno de grão atraem moléculas para sua superfície.

p Um grupo de química teórica na UIC, liderado por Petr Kral, foi capaz de explicar esta atração e propriedades eletrônicas adicionais do contorno do grão. A natureza irregular do contorno do grão produz centenas de lacunas no transporte de elétrons com diferentes sensibilidades.

p "É como se tivéssemos vários interruptores em paralelo, "disse o estudante de graduação Poya Yasaei, primeiro autor do artigo. "As moléculas de gás se acumulam na fronteira do grão; há uma transferência de carga; e, porque esses canais estão todos em paralelo, todos os canais abrem ou fecham abruptamente. Vemos uma resposta muito forte. "

p Os pesquisadores vêm tentando desenvolver um sensor altamente sensível e robusto há décadas, disse a colega de pós-doutorado da UIC, Bijandra Kumar, um co-autor no artigo.

p "Podemos sintetizar esses limites de grão em uma escala micrométrica de forma controlada, "Kumar disse." Podemos fabricar facilmente matrizes de sensores em escala de chip usando esses limites de grão para uso no mundo real. "

p Salehi-Khojin disse que deveria ser possível "ajustar" as propriedades eletrônicas de matrizes de contorno de grão de grafeno usando dopagem controlada para obter uma resposta de impressão digital - criando assim um "nariz eletrônico" confiável e estável.

p Com a forte atração da fronteira do grão por moléculas de gás e a resposta extraordinariamente nítida a qualquer transferência de carga, tal nariz eletrônico pode ser capaz de detectar até mesmo uma única molécula de gás, Salehi-Khojin acredita, e seria um sensor ideal.