CVD-grafenbaserade sensorer/IR-fotodetektorer med stor yta
Exempel på skivor med grafenbaserade sensorkomponenter.
(a) Närbild på grafenbaserad sensor från mittendelen av skivorna i figur 1 och (b) detalj med de integrerade TLM-strukturerna (”Transmission Line Method”) som används för att utvärdera kontaktresistansen för komponenten.
Exempel på skivor med grafenbaserade sensorkomponenter.
(a) Närbild på grafenbaserad sensor från mittendelen av skivorna i figur 1 och (b) detalj med de integrerade TLM-strukturerna (”Transmission Line Method”) som används för att utvärdera kontaktresistansen för komponenten.
Resultat
Kostnadseffektiva sensorer baserade på CVD-grafen för droger demonstrerades framgångsrikt genom detektion av amfetaminsalter i vatten och buffertlösning. IR-detektorer baserade på plasmoniska grafenstrukturer som designats med hjälp av simuleringar undersöktes också. Nanostrukturerna analyserades med olika strukturella, elektriska och optiska mätningar (AFM, SEM, IV, FTIR och Raman-spektroskopi).
Det övergripande målet för projektet var att skapa en plattform för processering av grafenkomponenter för att främja forskning och innovation inom de valda tillämpningsområdena forensiska sensorer och IR-detektorer för industriella miljöer. Amfetaminsensorer tillverkades av kostnadseffektivt CVD-grafen på kiseldioxid (SiO2) i skivskala och presenterades på Nordic Nanolab User Meeting och IEEE NMDC 2019. Arbete gjordes även på plasmoniska grafenstrukturer för IR-detektion, men ytterligare forskning behövs för att kunna framställa de stora ytor som krävs för att nå önskade våglängder och respons.
Processmetoderna för CVD-grafen har utvecklats för att möjliggöra tillverkning av kostnadseffektiva sensorer och IR-detektorer. Processprotokoll, design/simulerings-rutiner och mätuppställningar har skapats för tillverkning och analys av grafenkomponenterna. Projektet lyckades uppvisa en strömförändring av storleksordningen hundratals nA per mg/ml analyt-koncentration, men ytterligare arbete behövs för att använda tekniken i kommersiella tillämpningar.
De huvudsakliga lärdomarna från projektet bestod i en djupare insikt och kunskap om processutveckling och komponenttillverkning för grafen. Detta kommer utgöra en viktig bas för ytterligare forskning och utveckling inom området. Mycket arbete återstår fortfarande för att ta sensortekniken vidare till den tillförlitlighet och funktionalitet som krävs för kommersiella produkter. Det är rimligt att tro att tidshorisonten för färdiga produkter baserade på tekniken ligger 5–10år bort. Det nuvarande konsortiet som består av problemägare, utvecklare och framtida produktägare är starka nog att fortsätta utvecklingen inom detta område inom ramen för framtida projekt.
