關于石墨烯在傳感器中的應用與展望

石墨烯傳感器是由石墨烯制作而成的用途廣泛的高光敏度傳感器。這種新型傳感器的關鍵在于使用了“滯留光線”的納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)能夠比傳統(tǒng)的傳感器更長時間地捕獲產(chǎn)生光線的電子微粒。這就會導致產(chǎn)生一種更強的電信號，就像數(shù)碼相機所拍攝的照片一樣，它能夠?qū)⑦@種電信號轉(zhuǎn)變成圖像。

一、氣體傳感器

石墨烯氣體分子檢測傳感器的工作原理是測量材料導電率的變化，通過在石墨烯表面吸附氣體分子，作為電子的供體或受體。研究表明，傳導的量子尺度的變化可以通過石墨烯靈敏地顯示出來，因此用傳感器來檢測單個氣體分子似乎是可行的。但測量時的溫度和目標氣體的流速很有可能會影響這種靈敏度。其次，石墨烯還擁有一個優(yōu)點——超低噪聲材料。這個優(yōu)勢讓石墨烯即使在沒有載流子和多出幾個電子的極限情況下，它的載流子濃度也能夠發(fā)生很大的變化。除了這個優(yōu)勢之外，石墨烯在這個應用中還可以在單晶上創(chuàng)建四探針器件，這保證了任何接觸電阻對限制靈敏度的影響可以被消。

二、光電傳感器

石墨烯的高導電性和近乎透明的特性使其成為光電傳感器中透明電極的一個吸引人的選擇。石墨烯的光電探測器的工作原理是測量光子通量，它通過將吸收的光子能量轉(zhuǎn)換為電流來測量，與半導體的傳統(tǒng)探測器相比，石墨烯基光電探測器具有更寬的工作波長范圍。此外，石墨烯擁有比其他材料更優(yōu)越的載流子遷移率，這意味著它的響應時間比其他光電探測器的響應時間快得多，這應該會轉(zhuǎn)化為超快的光學傳感器。

三、柔性傳感器

石墨烯在柔性和可拉伸的應變和壓力傳感器、光電探測器、霍爾傳感器、電化學傳感器和生物傳感器方面已經(jīng)顯示出巨大潛力。由于石墨烯固有的柔韌性，即使當對其施加機械應變時，其電性能不會降低。因此，石墨烯一直被認為是制造高伸縮性和柔性傳感器和其他電子器件的理想材料。為了實現(xiàn)石墨烯傳感元件的柔性電接觸，將液態(tài)金屬放入微流體通道中作為互連材料。柔性應變傳感器在可穿戴電子產(chǎn)品中可能會有應用，特別是在運動和鍛煉過程中的監(jiān)測目的。

基于石墨烯優(yōu)異的性能，使得傳感器的靈敏化、智能化、便攜化成為可能，它無論是在運動傳感、環(huán)境傳感還是生物傳感上皆有持續(xù)的研究進展。除了石墨烯傳感器優(yōu)勢性能明顯，部分特性不遜色于市面上的各類商業(yè)化傳感器之外。更讓人值得期待的是，由于目前石墨烯批量化制備成本降低，石墨烯功能化定制工藝成熟，推進了石墨烯傳感器的制備進程，在如人機互動、醫(yī)療反饋傳感等明確的市場導向下，石墨烯傳感器的發(fā)展將會愈發(fā)快速，為傳感器的發(fā)展指明了一個新的方向。

審核編輯 ：李倩