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NEW 李在贤教授研究组，通过新的感知机制开发超高感度石墨烯离子传感器
- 2021-02-15
- 6238
2021-01-25
我校和成均馆大学共同研究组开发出了以新酸性感知机制发掘为基础的超高灵敏度石墨烯离子传感器技术。这是首次突破现有的理论界限，提出新感知机制的事例，期待可以用于物联网机器或医疗诊断机器。
由我校李在贤教授（新材料工学系、研究生院能源系统学系）和成均馆大学黄东木教授共同进行的此次研究，被选定为纳米科学技术领域的世界级学术杂志《纳米雷特斯（Nano Letters, IF=11.238）》1月13日的封面论文。李在贤教授、黄东木教授作为教学作者参与，成均馆纳米科学技术院郑秀浩博士作为第一作者，以及我们学校研究生院能源系统学科的咸相华学生作为共同作者参与。
论文题目是《开发以缺陷被控制的石墨烯异常传递兴奋剂为基础的超高感酸性感知传感器(Super-Nernstian pH Sensor Based on Anomalous Charge Transfer Doping of Defect-Engineered Graphene)》。
石墨烯因其出色的电气传导性和成员暴露在表面的特性，一直作为理想的感知物质备受关注。但缺点是，因低缺陷密度引起的低表面反应性，离子或分子等想要感知的物质很难附着在石墨烯表面。
因此，现有的石墨烯相关研究是为了提高外部物质的吸附力，诱导石墨烯表面出现人为的缺陷。但是，由于机械缺陷的增加，石墨烯所具有的物性的急剧减少，理论上的感知也难以克服极限。
李在贤教授的研究组采用了"核生长密度控制法"，即调节材料合成初期形成的核密度，调节最终形成材料的决定性及结晶粒大小。通过这种方法，使离子能够选择性地透过，实现了控制结晶粒系缺陷密度的纳米结晶性石墨烯。通过透过石墨烯的离子和下基板的反应，提出了新形态的感知机制。
结果，以纳米晶体石墨烯为基础的pH传感器表现出了不同于现有石墨烯pH传感器的新感知机制。另外，普通pH传感器的极限敏感度超过了59mV/pH，在最优化的条件下实现了具有约140mV/pH敏感度的高感度的石墨烯pH传感器。
研究组表示:"通过控制结晶系缺陷密度的高品位的纳米结晶石墨烯材料，首次提出了超越理论界限的新感知机制"，"提出了今后发展成为适用于物联网(IoT)机器或医疗诊断机器的高感度半导体离子传感器的可能性"。此次研究是由韩国研究财团支援的中坚研究、基础研究室事业的支援完成的。
纳米晶体石墨烯pH传感器的传感器
*Gr = Graphene, nc-Gr = 纳米晶体石墨烯
根据基板状态改变纳米晶体石墨烯pH传感器的敏感度
<纳米雷特斯> 封面论文
（注：本文出现的所有人名均系音译）