Yenilikçi Sensör Molekülleri Özel Olarak ve Hassas Bir Şekilde Algılar
Fotoğraf: Sensör ünitesi, yüzeye monte metal-organik çerçevenin büyütüldüğü bir grafen alan efekti transistöründen oluşur.
Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT) ve Darmstadt Teknik Üniversitesi araştırmacıları, bir grafen transistörü özelleştirilmiş metal-organik kaplama ile birleştirerek gaz molekülleri için yeni bir sensör geliştirdiler. Yenilikçi sensör molekülleri özel olarak ve hassas bir şekilde algılar ve tamamen yeni bir sensör sınıfının prototipini temsil eder. Geliştirilen etanol sensörü ne diğer alkollere ne de neme yanıt verir. Sonuçlar Advanced Materials’da yayımlandı.
Sensörler araçlarda veya akıllı telefonlarda, araştırma laboratuvarlarında ve endüstriyel tesislerde her yerde bulunur. Basınç, gerinim veya gaz molekülleri gibi belirli fiziksel veya kimyasal özellikleri yakalarlar ve verileri işlemeye iletirler. Bu nedenle sensörlerin daha da geliştirilmesi teknolojik ilerleme için belirleyici öneme sahiptir. Sensörler seçicilikleri, yani diğer, potansiyel olarak müdahale eden özelliklerin varlığında belirli bir özelliği tespit etme kapasiteleri ve hassasiyetleri, yani düşük değerleri bile ölçme kapasiteleri ile karakterize edilir.
KIT ve Darmstadt Teknik Üniversitesi araştırmacıları şimdi gaz fazındaki moleküller için yeni bir sensör türü geliştirmeyi başardılar. Bilim insanları Advanced Materials’da, bu yeni sensör sınıfının çalışma prensibinin hassas grafen transistörleri özelleştirilmiş metal-organik kaplamalarla birleştirmeye dayandığını bildirmektedir. Bu kombinasyon moleküllerin seçici olarak algılanmasını sağlar. Prototip olarak, yazarlar belirli bir etanol sensörü sunarlar. Piyasada bulunan sensörlerin aksine, ne alkollere ne de neme yanıt verir.
Grafen, iki boyutlu bir yapıya sahip karbonun modifikasyonudur. Doğası gereği, yüzeye bağlanan yabancı moleküllere karşı oldukça hassastır. Ralph Krupke, grafenin sensör olarak kullanılmak üzere gerekli olan moleküle özgü herhangi bir etkileşim sergilemediğini belirtti. Krupke, KIT Nanoteknoloji Enstitüsü (INT) ve TU Darmstadt Malzeme Bilimi Enstitüsü’nde Profesördür. Kit’in Fonksiyonel Arayüzler Enstitüsü’nün (IFG) başındaki Profesör Wolfgang Wenzel (aynı zamanda INT) ve Profesör Christof Wöll ile birlikte çalışmayı yönetti. İlk yazar, Ralph Krupke’nin KIT’teki laboratuvarında araştırma yapan ve TU Darmstadt Malzeme Bilimi Enstitüsü’nde moleküler nanoyapılar alanında doktorası üzerinde çalışan Sundeep Kumar’dır. Krupke, gerekli seçiciliğe ulaşmak için yüzeyde metal-organik bir çerçevenin büyümesini sağladıklarını belirtti.
Sensörler Hassas Bir Şekilde Ayarlanabilir
Metal-organik çerçeveler (MOF’ler) bağlantı çubukları olarak metalik düğümlerden ve organik moleküllerden oluşur. Çeşitli kombinasyonlar seçilerek, bu son derece gözenekli kristal malzemeler, örneğin belirli moleküller için seçici bir emilim kapasitesine ulaşmak için farklı uygulamalara uyarlanabilir. Karlsruhe ve Darmstadt’tan araştırmacılar, doğrudan grafen alan etkisi transistörü (GFET) üzerinde yüzeye monte metal-organik çerçeve (SURMOF) yetiştirerek seçici bir sensör platformu sundular. Böyle bir bileşen, bir GFET’nin yüksek duyarlılığından ve basit okumasından ve bir SURMOF’un yüksek seçiciliğinden yararlanır.
Christof Wöll, grafenin benzersiz elektronik özelliklerinin MOF’ların yüksek kimyasal değişkenliği ile birleştirilmesi büyük bir potansiyel açtığını belirtti. Çeşitli SURMOF’lar üretilebildiğinden ve GFET ile SURMOF arasındaki arayüzün kimyasal tasarımları değişebileceğinden, araştırmacıların çalışmaları özel olarak ayarlanmış bir seçicilik ve hassasiyete sahip tamamen yeni bir sensör sınıfı açar. Wolfgang Wenzel, sentezlemek zorunda kalmadan bilgisayarda simülasyon sayesinde birçok MOF oluşturabildiklerini ekledi.
Kaynak: phys.org
