Фізики зробили сенсор вологості з оксиду графена

Британські фізики розробили сенсор вологості на основі оксиду графена. Такий сенсор, що складається з шару оксиду графена і графенової антени, дуже простий при виготовленні і може працювати без зовнішніх джерел живлення, пишуть вчені в.

Графен - це одиночний шар графіту - плівку товщиною в один атом, в якій атоми вуглецю розташовані у вузлах гексагональної решітки. За рахунок своєї структури графен володіє досить незвичайними електричними і механічними властивостями: він проводить електричний струм, при цьому він гнучкий, міцний і дуже легкий, що дозволяє використовувати сам графен і речовини, отримані на його основі (зокрема, оксид графену, в якому до деяких з атомів вуглецю в решітці приєднані кисень або гідроксі-групи), як елемент сенсорних дисплеїв або для створення RFID-міток, які застосовують для ідентифікації об'єктів за допомогою радіосигналів.

Фізики під керівництвом Чжижунь Ху (Zhirun Hu) з Манчестерського університету запропонували використовувати оксид графена для створення сенсора вологості. Такий сенсор заснований на тому, що діелектрична проникність оксиду графена залежить від кількості води в навколишньому середовищі. Тому при збільшенні вологості відбувається зміщення резонансного піку пропускання, який спостерігається біля оксиду графена в гігагерцевому діапазоні. При зменшенні вологості від 100 відсотків до нуля резонансна частота пропускання змінюється з 1,04 до 1,01 гігагерца.

Таку зміну частоти резонансного піку можна зареєструвати за допомогою RFID-антени, тому для створення сенсора вологості досить просто нанести шар оксиду графена на графенову антену, яка використовується в RFID-мітці. У своїй роботі фізики наносили багатошаровий оксид графена товщиною близько 30 мікрон за допомогою друку на паперову підкладку, покриту графеном, площею приблизно 15 на 8 міліметрів. Шари чистого графена та оксиду графена утворюють стійку багатошарову гетероструктуру, в якій окремі шари притягуються один до одного за рахунок сил Ван-дер-Ваальса.

У результаті такого суміщення графену з оксидом графена вченим вдалося отримати сенсор вологості, який працює без зовнішнього джерела енергії. За різницею між сигналом, поданим на таку антену, і отриманим на детекторі пристрою після зворотного розсіювання, можна визначити частоту резонансного піку і, відповідно, вологість навколишнього середовища. За словами вчених, основна гідність такого сенсора полягає в його дешевизні і можливості отримувати чутливі поверхні практично необмеженої площі.

За словами одного зі співавторів роботи нобелівського лауреата Костянтина Новоселова, це перша технологія друку гетероструктур з декількох почесних матеріалів, за допомогою якої можна отримати функціональний пристрій, вже готовий до використання. А оскільки такий пристрій не вимагає зовнішніх джерел живлення і дротових з'єднань для передачі інформації, то його можна використовувати в якості одного з елементів інтернету речей - мережі, що об'єднує один з одним фізичні предмети, не оснащені засобами підключення до традиційних мереж передачі даних.

Матеріали на основі графена і його похідних застосовуються не тільки в електронних пристроях. Також їх можна використовувати, наприклад, в якості дуже ефективних мембран для фільтрування як води, так і органічних розчинників.