纽约大学的一个研究人员团队发现了如何在原子水平上设计石墨烯结构，从而解决了如何构建具有均质和可预测特性的超灵敏，超小型电化学传感器的难题。
纽约大学丹顿工程学院和纽约大学神经科学中心的一组研究人员解决了一个长期的难题，即如何通过发现如何在石墨烯上设计石墨烯结构来构建具有均质和可预测特性的超灵敏，超小型电化学传感器。原子级。
像生物细胞一样小的精细调谐电化学传感器(也称为电极)，非常适合用于医学诊断和环境监测系统。需求刺激了开发纳米工程碳基电极的努力，该电极提供了无与伦比的电子，热和机械性能。长期以来，由于缺乏定量原理来指导电极对生化分子敏感性的精确设计，这些努力一直受到阻碍。
纽约大学丹顿分校电气和计算机工程助理教授Davood Shahrjerdi和神经科学中心神经科学与心理学助理教授Roozbeh Kiani揭示了石墨烯中各种结构缺陷与电极灵敏度之间的关系由它制成。这一发现为石墨烯电极均质阵列的精确工程和工业规模生产打开了大门。研究人员在《高级材料》杂志上发表的一篇论文中详细介绍了他们的研究。
石墨烯是单原子薄的碳片。传统共识是，石墨烯中的结构缺陷通常可以增强由石墨烯构成的电极的灵敏度。但是，长期以来，对各种结构缺陷与灵敏度之间关系的牢固理解一直困扰着研究人员。此信息对于调整石墨烯中不同缺陷的密度，以达到所需的灵敏度水平至关重要。
Shahrjerdi说：“直到现在，达到所需的敏感性效果类似于伏都教或炼金术–通常，我们不确定为什么某种方法会产生或多或少的敏感电极。”“通过系统地研究各种类型和密度的材料缺陷对电极灵敏度的影响，我们创建了基于物理学的微观模型，用科学见解取代了迷信。”
令人惊讶的发现是，研究人员发现，石墨烯结构中只有一组缺陷-点缺陷-显着影响电极灵敏度，电极灵敏度在一定范围内随这些缺陷的平均密度线性增加。“如果我们在数量和密度上优化这些点缺陷，我们可以制造出比传统电极高20倍的电极，” Kiani解释说。
这些发现将影响石墨烯基电极的制造和应用。当今的碳基电极已针对灵敏度的后制造进行了校准，这是一个耗时的过程，阻碍了大规模生产，但是研究人员的发现将允许在材料合成过程中精确地设计灵敏度，从而实现工业规模的生产具有可靠且可重现的灵敏度的碳基电极。
当前，碳基电极对于需要密集传感器阵列的任何应用都是不切实际的：由于阵列中电极对电极灵敏度的较大差异，结果不可靠。这些新发现将使具有超高均质性和超高灵敏度的超小型碳基电极可用于下一代神经探针和用于医学诊断和药物开发的多重“芯片实验室”平台，并且它们可能会取代用于测量包括DNA在内的生物样品的光学方法。
标签： 石墨烯结构
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