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.
