Com o desenvolvimento da era da informação, sensores capazes de transmitir e detectar informações tornaram-se a principal forma de obter informações. Portanto, construir um sistema de sensores com ampla faixa de detecção, alta sensibilidade e resposta rápida é essencial.



Recentemente, os materiais de grafeno têm recebido cada vez mais atenção para aplicações em sensores devido à sua excelente condutividade elétrica e propriedades físicas, ópticas, térmicas e estruturais. Estas aplicações incluem principalmente a detecção de propriedades físicas como pressão e tensão mecânica, substâncias químicas como glicose, dopamina, proteínas, metais pesados ​​e poluentes orgânicos, bem como a detecção de gases, temperatura e umidade.

Em um novo artigo publicado em Light:Advanced Manufacturing , cientistas liderados pelo Doutor Zhengfen Wang e pelo Professor Xi Chen, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Xangai, revisaram o grafeno gravado a laser (LSG) para a fabricação de sensores.

O grafeno foi preparado com vários métodos, como esfoliação mecânica, deposição química de vapor (CVD), crescimento epitaxial e redução química do óxido de grafeno. O grafeno de alta qualidade pode ser obtido por esfoliação mecânica, mas a baixa eficiência impede a produção de grafeno em larga escala.

O método CVD é considerado o método mais promissor para a preparação de grandes áreas e grafeno de alta qualidade, mas o método CVD é limitado pelo alto consumo de energia e custo. Os filmes de grafeno preparados pelo método de crescimento epitaxial apresentam boa condutividade elétrica e alta transmitância óptica. No entanto, eles exigem processamento em alta temperatura, consumo de energia e custo de transferência. A redução química do óxido de grafeno tem baixo custo e alta eficiência, mas cria problemas de poluição ambiental durante o processo de preparação. Portanto, os métodos de preparação de baixo custo, alta eficiência e livres de poluição do grafeno permanecem muito interessantes.

A técnica de escrita direta a laser atraiu recentemente aplicações de pesquisa em vários campos devido às suas vantagens únicas de redução seletiva e localizada, padronização precisa e rápida e ausência de máscaras e produtos químicos adicionais. Com a técnica de escrita direta a laser, um laser é usado para irradiar os precursores de carbono e gerar grafeno por gravação in-situ. Todo o processo de gravação a laser leva apenas alguns minutos, o que melhora significativamente a eficiência da preparação do grafeno.

As excelentes propriedades de alta área superficial, alta estabilidade térmica e alta condutividade elétrica exibidas pelos filmes LSG levaram ao seu uso em uma ampla variedade de aplicações. Essas aplicações incluem fotodetectores, sensores, armazenamento de energia, memristores, holografia, aplicações antibacterianas e antenas.

A equipe de pesquisa discutiu a preparação e modificação do LSG, que pode ser preparado por diferentes fontes e precursores de luz laser, incluindo precursores de carbono como GO e PI. Os métodos convencionais de preparação de grafeno consomem muita energia, são caros ou não são ecologicamente corretos, mas este método de gravação a laser para a preparação de grafeno supera essas desvantagens. O LSG pode ser modificado em uma única etapa, ajustando os parâmetros do laser, a atmosfera e a dopagem. A alta área superficial, a boa condutividade elétrica e o processo de fabricação simples e eficiente do LSG tornam-no um excelente potencial para aplicações em sensores.

A equipe de pesquisa resumiu as aplicações do LSG em sensores de estresse, biossensores, sensores de gás, sensores de temperatura e sensores de umidade. O desempenho dos sensores pode ser otimizado usando a potência do laser apropriada, velocidade de varredura, espaçamento de varredura e dopagem adequada na preparação do LSG. Para sensores multifuncionais, a diafonia entre diferentes sinais pode ser reduzida por projetos estruturais e padrões. Em particular, a preparação padronizada flexível e vários substratos flexíveis tornam o LSG também promissor para aplicações de sensores vestíveis.

Mais informações: Xing Liu et al, Grafeno gravado a laser para sensores:preparação, modificação, aplicações e perspectivas futuras, Luz:Fabricação Avançada (2023). DOI:10.37188/lam.2023.011
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