石墨烯传感器

在这个智能化、数字化和网络化的时代，传感器已经成为获取信息的主要方式和手段，人们对传感器灵敏度和应用范围的要求也越来越高。随着石墨烯基材料的研究和发展，得益于石墨烯复合材料的新型传感器在传感器精度、可靠性和耐久性方面具有独特的优势，近年来石墨烯材料在许多创新传感器材料中得到了应用，

传感器的原理及结构

传感器就是一种负责采集、感知信息，并对信息进行初步处理、达到使用要求的装置，一般是将采集的各种各样信息统一转化为电压、电流信号，使其能够准确表达信息。传感器的构成:一般由信息敏感(感知)元件、信息转换元件、变换电路三部分组成。按工作原理分类。大致可以分为物理类(力、光、热、电等物理范畴)、化学类(产生化学变化的结果或现象采集)、生物学类(生长、增殖、分裂、和抗体指标等)三个类别。

石墨烯用于传感器的优势

石墨烯具有的奇特性质，使得其能够满足高灵敏性传感器设计的需求，而且不同于一般材料，石墨烯的原子都在表层上，信号的灵敏度可以提高几个数量级，并且由于碳原子的键长是自然界最短的键长，因此结构非常稳定，所以石墨烯是做光学、化学、生物传感器非常好的材料，已用于构建光学、电化学及场效应传感器、细胞标记及实时监测等。

石墨烯传感器分类

1、石墨烯电化学传感器:基于石墨烯的电极在电催化活性和宏观尺度的导电性上比碳纳米管更有优势。功能化石墨烯或者化学还原的氧化石墨烯，由于含有丰富的官能团，经过特殊的化学处理，使之与其他化学、生物分子发生作用，从而构建一系列电化学、生物传感器，用以提高传感器的灵敏度、稳定性和重现性。比如，首次基于全石墨烯液体栅极晶体管制备的用于探测小分子神经递质多巴胺的高性能传感器其检测限达到 1nm，比传统的电化学检测方法提高了三个量级。石墨烯生物电化学传感器具有灵敏度高、响应时间快、电子传递快、易于固定蛋白质并保持其活性、减少表面污染的影响等优点。

2、石墨烯气体传感器:石墨烯巨大的比表面积结构特点使之对周围的环境非常敏感，即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到。当然目前检测可以分为直接和间接检测。通过TEM可以直接观测到单原子的吸附和释放过程，并且观察到了碳链和空位，实时研究其动力学过程。这些技术提供了一种研究更复杂化学反应的真实动力学途径，并能鉴别未知吸附物的原子结构。通过测量霍尔效应的办法通过霍尔电阻的变化能间接检测单原子的吸附和释放过程，极大提高了微量气体快速检测的灵敏性,

3、石墨烯光电传感器:由石墨烯制作而成的高光敏度传感器，其关键在于使用了"滞留光线”的纳米结构。纳米结构能够比传统的传感器更长时间的捕获产生光线的电子微粒。这就会导致产生一种更强的电信号，就像数码相机所拍摄的照片一样，它能够将这种电信号转变成图像。新加坡南洋理工大学研制了一片石墨烯光学传感器，能够检测广谱光，捕捉和持有光生成电子粒子的时间比大部分传感器更长，捕捉光线的能力比传统传感器强1000 倍，且耗能也低10 倍，利用这类传感器还可以在光线较少的情况下捕获更清晰的照片。

另外，还有石墨烯生物小分子传感器、石墨烯酶传感器、石墨烯电场传感器、石墨烯磁场传感器、石墨烯机械传感器(质量传感、应力传感)等。