Графеновый материал может быть использован для разработки детектора аммиака
Учёные из Университета Тиба (Chiba University) разработали усовершенствованную технологию газового анализа, модифицируя графеновые листы методом плазменной обработки. Это позволило значительно повысить их чувствительность к аммиаку (NH₃). Исследование, опубликованное в ACS Applied Materials & Interfaces, открывает перспективы для создания носимых газоанализаторов.
Плазменная обработка улучшает свойства графена
Газовые сенсоры играют важную роль в экологическом мониторинге и обеспечении безопасности, но традиционные датчики часто сталкиваются с ограничениями в чувствительности, скорости отклика и энергопотреблении. Графен, обладая высокой электропроводностью и минимальной толщиной, привлёк внимание исследователей как перспективный материал для сенсоров нового поколения.
Группа исследователей под руководством доцента Томонори Охбы из Университета Тиба изучила влияние плазменной обработки графена в различных газовых средах - аргоне (Ar), водороде (H₂) и кислороде (O₂) - на его свойства. Эксперименты показали, что плазменная модификация создаёт структурные и химические дефекты, повышая способность графена к адсорбции аммиака и улучшая его чувствительность.
Ключевые результаты исследования
После плазменной обработки графен приобрёл различные модификации:
Обработка O₂ привела к образованию оксидных групп, формируя «графоксид» с углеродными вакансиями.
Обработка H₂ вызвала гидрирование, приводя к образованию «графана» с sp³-дефектами.
Обработка Ar создала сочетание углеродных вакансий и sp³-дефектов.
Эти структурные изменения значительно улучшили реакцию графена на NH₃. Наибольшее изменение сопротивления - до 30% - было зафиксировано у графоксида, что значительно превосходит показатели неизменённого графена.
Перспективы носимых газовых сенсоров
Несмотря на некоторые необратимые изменения сопротивления после многократного воздействия NH₃, функционализированный графен сохранил высокие показатели чувствительности. «Результаты показали, что плазменная обработка позволила получить материал с превосходными характеристиками обнаружения аммиака по сравнению с обычным графеном», - отметил доцент Охба.
Данное исследование открывает путь к разработке компактных и носимых газоанализаторов. «Графен - один из самых тонких материалов с высокой проницаемостью для газов, поэтому функционализированные графеновые листы, полученные в этой работе, могут быть использованы в повседневных носимых устройствах. Это позволит каждому человеку определять наличие вредных газов в окружающей среде», - добавил Охба.