全碳纳米结构造就出色的pH传感器

研究人员已经创造了由石墨烯和薄碳纳米膜的异质结构制成的高分辨率pH传感器。这些传感器具有比任何传统pH计更高的灵敏度，同时还具有很高的测量速度。石墨烯传感器采用平面技术制成，这使得它们与小型化兼容，允许pH传感器的新应用。这项研究发表在高影响力的科学期刊《Applied Physics Reviews》上。

来自德国几个研究中心的团队在石墨烯的参与下，利用石墨烯的特定结构和电子特性，如高表面积体积比、低电子噪声和电荷载流子的高迁移率，测量pH值在2-12的范围内。为了解决原始石墨烯片的已知化学惰性的挑战，该团队用分子纳米片碳膜（CNM）对石墨烯进行了功能化。CNM片端以氨基终止，这使得它们对pH变化敏感，但片材本身不会损害构成器件检测骨干的石墨烯场效应晶体管（GFET）的电子特性。氨基的高表面密度（~3nm^-2） 使设备灵敏度很高。

对制备的器件进行电学表征，以获得石墨烯的电荷中性点（CNP）。当改变飞过装置表面的溶液的pH值时，观察到CNP的强烈变化。为了理解结果，研究人员建立了一个理论模型，比较了pH变化对裸石墨烯，石墨烯与CNM以及氨基功能化石墨烯/ CNM异质结构的影响。很明显，由于pH值的变化，石墨烯掺杂的最大变化发生在后一种情况下，当石墨烯被氨基官能化的CNM覆盖时。

研究还表明，这些设备在短短几秒钟内对pH值的变化做出反应，这具有高度的实用应用，包括用于医疗诊断的高度特异性和灵敏的微型设备。