超硬材料網

       來自美國堪薩斯州州立大學化學工程系的Vikas Berry教授，近日和他的團隊利用石墨烯量子點有效改善傳感器技術。在這一雙項科研計劃中，科學家首先研制出石墨烯量子點；這些超薄的石墨烯片具有優越的電子、機械和光學性能。其次，他們將這些量子點合并至傳感器的電子隧道中。        為制造石墨烯量子點，工作人員利用石墨納米切割技術來制造石墨烯納米帶。Berry團隊中的博士后T.S. Sreeprasad用化學法將這些納米帶橫向劈成100納米厚度，然后將這些量子點在吸濕性超薄纖維上聚集成網狀，并將該纖維兩端系在電極上。這些量子點間隔小于1納米以至于它們不會完全接觸。聚集在一起的量子點外形就類似玉米穗上玉米粒的結構，玉米粒好比量子點，玉米穗就好比超薄纖維。

       局部濕度能夠改變量子點內部的電流，而研究者們則通過調整濕度來控制量子點的間距。“如果降低該設備周圍的濕度，超薄纖維就會失水進而收縮，而纖維上的石墨烯成分會隨之以納米尺度聚攏，這就加快了一個量子點到另一個點之間的電子輸運。僅需讀出電流值，我們就可以知道周圍環境的濕度”，Berry解釋道。

       Berry說，石墨烯量子點的間距每縮小0.35納米，設備的傳導性就增加43倍。此外，由于空氣中含有水分，氣壓的降低也會減少空氣含水量，進而使石墨烯量子點更加集聚，大大增加了其傳導性能。量子力學研究發現，電子從一個電極到另一個非連接的電極的隧穿幾率是有限的，這種幾率以指數形式跟隧穿距離（亦或叫做電極間隙）呈反比。

       該研究應用前景十分廣泛，特別是在改善濕度、壓力和溫度傳感器技術方面。

       不同于一般的濕度傳感器，這種基于石墨烯的傳感器由于真空條件下極易感應的特性而顯得尤為獨特。Berry說，這些傳感設備可以合并在宇宙飛船上，用于低濕度測量技術要求比較高的外空環境。此外，該設備還可用于探測火星上水的蹤跡，而火星的大氣壓只有地球的一百分之一。在如此高真空的條件下，這種光傳感器測量濕度的分辨率會變得更高。

       這種設備的核心在于電子隧穿調制技術；設備的傳感反應通過聚合超薄纖維來實現。Berry說，目前，團隊正研發其他的聚合物來擴大該設備的應用范圍。

      “如果用易感應的聚合物來替代目前的超薄纖維，我們可以制造出一個全新的不同用途的傳感器”，Berry補充道，“我預想這項技術對于傳感技術將產生廣泛而深刻的影響。”

      該研究得到美國國家科學基金CAREER獎項40萬美元的資金支持，研究成果發表在Nano Letters上。（編譯自＂Graphene Quantum Dots May Someday Tell If It Will Rain On Mars＂翻譯：王現）