超神奇创举：可检测有害气体的石墨烯传感器

英格兰南安普敦大学(University of Southampton)与日本北陆先端科学技术大学(JAIST)的科学家连手，开发出一种基于石墨烯的传感器与开关，能够以低功耗作业检测家中是否存在有害的空气污染。

这种传感器能够检测在建筑物、室内装潢材料、家具以及家用品中所发现的CO2分子以及挥发性有机化合物(VOC)气体分子，这些物质对于我们生活在层层隔离的现代化住宅中有着十分不利的影响。

有害的化学气体的ppb(十亿分之一)浓度值——较低，极难以现有的环境感测技术进行检测——现有的传感器技术只能检测到ppm(百万分之一)的浓度值。

近年来，由于个人生活空间中的空气污染所引起的健康问题日益增加，例如病态建筑症候群(SBS)等。

由 南安普敦大学教授水田博(Hiroshi Mizuta)与JAIST助理教授Manoharan Muruganathan为主导的研究团队连手开发出一款新型的传感器，可藉由在整个结构上施加电场，分别检测出吸附(从气体到表面的分子接合)于悬浮石 墨烯(碳原子以蜂巢状六方晶格结构排列的原子单层)上的个别CO2分子。 石墨烯单分子传感器(左)以及所观察到的信号(右)，显示成功检测CO2单分子的吸附与解吸附

藉由监测石墨烯光束的电阻，吸附和解吸附(物质由表面释放)个别CO2分子至石墨烯的过程，就能以电阻(逐步在电阻中增加或减少)的“量变”进行检测。在该研究中，少量的CO2气体在释放出来后，仅需几分钟的时间就能检测到。这项研究已经发表于美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science；AAAS)旗下《科学前瞻》(Science Advances)期刊中。

“相较于现有的商用检测工具，这种极端的感测技术让我们能大幅实现微型化，除了明显改善检测的浓度范围，使其从ppm提升到ppb的浓度值，同时也减少了重量与成本，”Mizuta表示。

研究小组成员还包括南安普敦大学Harold Chong与JAIST Jian Sun等人，他们也采用该校开发旳薄膜开发出基于石墨烯的开关。这项研究的相关报导已刊载于三月号的《纳米》(Nanoscale)期刊。

这种开关需要低于3V以下的低电压，并能用于依需求为电子组件供电，大幅提高个人电子设备的电池使用寿命。Mizuta及其研究团队如今正着眼于结合两种研究技术，创造出可检测单分子的超低功率环境传感器系统。