奈米碳管─電晶體感測器好搭檔
- 上線日期：2009/11/23 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家發現，單壁式奈米碳管(SWCNT)很適合用來偵測溶液中的微量分析物，因為它可應用在偵測元件的偵測或讀出部位，碳管偵測器的靈敏度取決於奈米碳管緊密堆積程度、對掌性(chirality)或是排列方向。這種偵測器可望用來監測環境汙染及國土安全。
史丹佛大學化學工程系的Zhenan Bao領導的團隊表示，不同對掌性的單壁奈米碳管對特定物質會有不同的響應，例如半導體性碳管對於極性物質非常敏感，金屬性碳管則不然。他們證實半導體奈米碳管薄膜電晶體可以在溶液中快速偵測濃度僅2 ppb的有毒物質，諸如具有神經毒性的甲基磷酸二甲酯(DMMP, Dimethyl Methylphosphonate)和具爆炸性的三硝基甲苯(TNT, trinitrotoluence)，而電晶體的作用機制來自於奈米碳管的本身特性和物質之間如何交互作用。
奈米碳管很適合應用在偵測器上，得利於它具有相當大的表面積和極佳的電傳特性，沿著管壁可以吸附相當多的物質，因此具有相當寬的偵測範圍，且易於在表面改質來測定特定的化合物。
研究人員先將25 nm厚的高分子絕緣層塗佈在矽或ITO/PET基板上，再以矽烷處理過，然後將奈米碳管網絡旋鍍在基板上，最後再熱蒸鍍上部金電極，並且利用閘極電壓來控制奈米碳管層的導電率。碳管的導電率會隨著吸附在碳管表面物質不同二而產生變化，因此可以做為感測器。
相較於一般奈米管或奈米線元件，奈米碳管偵測器的設計及製作更簡單，可以利用印刷或溶液沉積在聚合物基板上的方式，製作出大量低成本的元件。該團隊利用聚合物做為閘極介電層，使操作電壓可以降至500 mV以下。
研究人員指出，該元件雖然是在液體中測試，但在空氣中也一樣管用。他們特別研究能在水中穩定操作的電子感測器，目的是要監測大片水域中的環境污染物、有毒物質或是廢棄的戰爭物質。目前該團隊計畫加強控制碳管沉積在聚合物基板上的方法，同時透過表面改質以便能選擇性地偵測分析物，並進一步了解碳管網絡的堆積密度或排列方向對感測器特性的影響。詳見ACS Nano。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/40761
譯者:張倫瑋(清華大學電子工程學系)
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