Il grafene, un film sottile planare costituito da atomi di carbonio in orbitali di ibridazione sp2 che formano un reticolo esagonale a nido d'ape, ha suscitato grande scalpore nel mondo scientifico e industriale con le sue proprietà fisiche e chimiche uniche da quando è stato isolato con successo dai fisici Altro geim E Konstantin Novoselov presso l’Università di Manchester nel Regno Unito nel 2004. Essendo il nanomateriale più sottile e duro al mondo, il grafene non solo è altamente conduttivo, termicamente conduttivo e meccanicamente resistente, ma mostra anche un grande potenziale di applicazione nel campo dei sensori.
Sommario
Vantaggi dei sensori di grafene
I sensori in grafene si distinguono dagli altri tipi di sensori per le dimensioni ridotte, l'ampia area superficiale, l'elevata sensibilità, i tempi di risposta rapidi e la facilità di immobilizzare le proteine e mantenerle attive. L'elevata velocità di trasferimento degli elettroni e la capacità di ridurre al minimo l'effetto della contaminazione superficiale fanno sì che i sensori di grafene mostrino prestazioni eccellenti nei campi del rilevamento elettrochimico, del rilevamento optoelettronico, del rilevamento del gas e del rilevamento flessibile.
Applicazione del grafene nei sensori elettrochimici
Nei sensori elettrochimici, l'elevata conduttività del grafene e l'ampia superficie specifica gli consentono un contatto più efficace con la sostanza da misurare, migliorando così la sensibilità del sensore. Allo stesso tempo, il grafene è facile da immobilizzare le proteine e mantenere la loro attività, caratteristica che lo rende ampiamente applicabile nel campo dei biosensori. Ad esempio, i sensori elettrochimici a base di grafene possono essere utilizzati per rilevare biomolecole come glucosio nel sangue e acido lattico, fornendo un metodo più conveniente e accurato per la diagnosi medica e il monitoraggio della salute.
Applicazione del grafene in sensori fotoelettrici
L'elevata conduttività e la quasi trasparenza del grafene lo rendono la scelta ideale per gli elettrodi trasparenti nei sensori fotoelettrici. Rispetto ai tradizionali rilevatori a semiconduttore, i fotorilevatori basati su grafene hanno un intervallo di lunghezze d'onda operative più ampio e possono rilevare dall'ultravioletto al terahertz. Inoltre, la mobilità estremamente elevata dei portatori del grafene rende il tempo di risposta estremamente breve, rendendolo molto adatto per sensori ottici ultraveloci. I sensori fotoelettrici basati su grafene hanno ampie prospettive di applicazione nelle comunicazioni ottiche, nel rilevamento ottico e nell'elaborazione del segnale ottico.
Applicazione del grafene nei sensori di gas
Il principio di lavoro del gas di grafene sensori di rilevamento delle molecole consiste nel rilevare la presenza di molecole di gas misurando la variazione della conduttività del materiale. Quando le molecole di gas vengono adsorbite sulla superficie del grafene, agiscono come donatori o accettori di elettroni, causando cambiamenti nella conduttività del grafene. Poiché il grafene ha le caratteristiche di un rumore ultra-basso, la concentrazione del suo portatore può cambiare notevolmente anche in condizioni estreme, ottenendo così un rilevamento ad alta sensibilità di singole molecole di gas. Questa caratteristica fa sì che i sensori di gas al grafene abbiano un'ampia gamma di valori applicativi nel monitoraggio ambientale, nella sicurezza industriale, nella sanità medica e in altri campi.
Applicazione del grafene in sensori flessibili
La flessibilità del grafene lo rende un materiale ideale per realizzare sensori altamente estensibili e flessibili. Anche quando viene applicata una sollecitazione meccanica, le proprietà elettriche del grafene non si degradano. Pertanto, i sensori flessibili basati su grafene hanno un grande potenziale di applicazione nell’elettronica indossabile, nel monitoraggio del movimento e nella biomedicina. Ad esempio, i sensori di deformazione flessibili possono essere utilizzati per monitorare lo stato di movimento del corpo umano, fornendo un forte supporto alla scienza dello sport e alla medicina riabilitativa.
Industria del sensore di grafene del futuro
Con il rapido sviluppo dell'Internet delle cose (IoT), dell'Internet industriale e della produzione intelligente, la domanda del mercato di sensori come ponte che collega il mondo reale e i segnali dei circuiti continua a crescere. I sensori al grafene stanno diventando una forza importante nel settore dei sensori grazie alle loro eccellenti prestazioni e alle ampie prospettive di applicazione. In futuro, con la continua maturazione della tecnologia di preparazione del grafene e l’ulteriore riduzione dei costi, si prevede che i sensori di grafene verranno applicati e promossi in più campi, portando un’esperienza più conveniente e intelligente nella produzione e nella vita umana.
Conclusione
Il grafene ha una vasta gamma di applicazioni nell'industria dei sensori e le sue proprietà fisiche e chimiche uniche offrono la possibilità di sensibilizzazione, intelligenza e portabilità dei dati. sensori. Con il continuo progresso della tecnologia e l’espansione del mercato, si prevede che i sensori di grafene diventeranno una forza importante nel futuro mercato dei sensori, contribuendo con maggiore saggezza e forza allo sviluppo e al progresso della società umana.