创新的传感器专门精确地检测分子

传感器单元由石墨烯场效应晶体管组成，其上生长了表面安装的金属有机框架。图片来源：Sandeep Kumar，KIT

卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 和达姆施塔特技术大学的研究人员通过将石墨烯晶体管与定制的金属有机涂层相结合，开发了一种新型气体分子传感器。这种创新的传感器专门、精确地检测分子，代表了全新类型传感器的原型。开发的乙醇传感器既不响应其他酒精，也不响应湿度。结果报告在Advanced Materials 中。

传感器在车辆或智能手机、研究实验室和工业设施中无处不在。它们捕获某些物理或化学特性，例如压力、应变或气体分子，并将数据传输到处理中。因此，传感器的进一步发展对技术进步具有决定性意义。传感器的特征在于它们的选择性，即它们在存在其他潜在干扰特性的情况下检测特定特性的能力，以及它们的灵敏度，即它们测量甚至低值的能力。

KIT 和达姆施塔特技术大学的研究人员现已成功开发出一种新型的气相分子传感器。科学家们在Advanced Materials上报告说，这种新型传感器的工作原理基于将敏感的石墨烯晶体管与定制的金属有机涂层相结合。这种组合能够选择性地检测分子。作为原型，作者展示了一种特定的乙醇传感器。与市售传感器相反，它既不响应酒精也不响应湿度。

石墨烯是具有二维结构的碳的变体。从本质上讲，它对附着在表面上的外来分子高度敏感。“然而，石墨烯没有表现出用作传感器所需的任何分子特异性相互作用，”拉尔夫克鲁普克说。Krupke 是 KIT 纳米技术研究所 (INT) 和达姆施塔特工业大学材料科学研究所的教授。他与 Wolfgang Wenzel 教授（也是 INT）和 KIT 功能接口研究所 (IFG) 的负责人 Christof W?ll 教授一起指导了这项研究。第一作者是 Sundeep Kumar，他在 KIT 的 Ralph Krupke 实验室进行研究，并在达姆施塔特工业大学材料科学研究所攻读分子纳米结构领域的博士学位。“为了达到所需的选择性，

传感器可以精确调整

金属有机框架（MOF）由金属节点和有机分子作为连接杆组成。例如，通过选择各种组合，这些高度多孔的结晶材料可以适应不同的应用，以达到对某些分子的选择性吸收能力。卡尔斯鲁厄和达姆施塔特的研究人员通过在石墨烯场效应晶体管 (GFET) 上直接生长表面贴装金属有机框架 (SURMOF)，展示了一种选择性传感器平台。这种组件得益于 GFET的高灵敏度和简单读出以及 SURMOF 的高选择性。

“石墨烯独特的电子特性与 MOF 的高化学可变性的结合开辟了巨大的潜力，”克里斯托夫沃尔说。由于可以生产各种类型的 SURMOF，并且 GFET 和 SURMOF 之间界面的化学设计可能会有所不同，研究人员的工作开辟了一类全新的传感器，具有专门调整的选择性和灵敏度。“在这里，模拟会有所帮助，”Wolfgang Wenzel 说，“因为我们可以在计算机上创建许多 MOF，而无需合成它们。”

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