石墨烯新絕技：聽音辨「氣」
- 上線日期：2012/7/16 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美俄研究人員共同發現，藉由測量石墨烯(graphene)的低頻電子噪訊(low-frequency electronic noise)可以判別出吸附其上的氣體種類。低頻電子噪訊是一較為少見的測量參數，石墨烯可藉此訊號改變製作出高靈敏的氣體偵測器。這項研究意味著毋須先將石墨烯功能化，也不必製作成陣列元件，便可直接用來偵測不同氣體。
此研究團隊包含加州大學河濱(Riverside)分校、任色列理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute)、俄羅斯科學院(Russian Academy of Sciences)及奇異電子全球研發中心(GE Global Research Center)。他們發現吸附的氣體會使石墨烯的低頻噪訊頻譜發生變化，原因是氣體分子會在頻譜中導致具有分明特徵的羅倫茲訊號(Lorentzian component)。
加大河濱分校的團隊主持人Alexander Balandin表示， 石墨烯元件中羅倫茲噪訊的特徵頻率fc會因氣體吸附而上升，不同的化學物質則會造成不同程度的改變。例如，吸附四氫呋喃(tetrahydrofuran)氣體後，fc會在10-20 Hz間變化，吸附氯仿(chloroform)氣體則在1300-1600 Hz間。
過去科學家曾利用石墨烯作為氣體偵測器，雖然能靈敏偵測氣體的吸附，但無法輕易區別吸附氣體的種類。例如當氣體附著於石墨烯場效電晶體表面時，元件的電阻率會因此改變，但無法確切判斷吸附的氣體種類。石墨烯低頻噪訊會隨不同吸附氣體而改變的現象開啟了新的應用途徑，使石墨烯能作為實用可靠的簡易氣體感測器。
Balandin表示，此研究原本計畫探討石墨烯暴露在不同氣體中時，低頻噪訊的改變情形。結果發現某些氣體會導致噪訊頻譜中出現非常明顯的峰值變化，因而能用來作為感知元件的特徵訊號。儘管此特徵訊號具有可重複性，但研究人員尚未完全清楚其中的物理機制。他們現在計畫探討附著的氣體分子性質是如何確切影響峰值所對應的能量位置。詳見Nano Lett.｜DOI: 10.1021/nl3001293。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/49618
譯者:翁任賢(成功大學物理系)
責任編輯:劉家銘
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