美開發(fā)出新型石墨烯微型傳感器 可檢測(cè)大氣層微量元素

據(jù)最新報(bào)道，美國(guó)航空航天局(NASA)開發(fā)出只有原子大小的基于石墨烯材質(zhì)的微型傳感器，用以檢測(cè)地球高空大氣層的微量元素，以及航天器上的結(jié)構(gòu)性缺陷。

NASA戈達(dá)德太空飛行中心技術(shù)專家蘇丹娜說，兩年前其研究團(tuán)隊(duì)就開始以石墨烯為基礎(chǔ)研究開發(fā)制造納米大小的探測(cè)器，以探測(cè)大氣層上空的原子氧和其他微量元素，從飛機(jī)機(jī)翼到航天器總線一切的結(jié)構(gòu)性壓力。該中心機(jī)械系統(tǒng)分部首席助理杰夫・斯圖爾特說：“石墨烯最酷的是其自身屬性，這為研究提供了大量的可能性。坦率地說，我們才剛剛開始。”

一年多以前，蘇丹娜的團(tuán)隊(duì)開始研發(fā)基于化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)的石墨烯設(shè)備。他們?cè)谝粋€(gè)真空室中放置一個(gè)金屬基體并注入氣體，生成所需的薄膜?，F(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)已可以成功地生產(chǎn)出高品質(zhì)的石墨烯片。蘇丹娜說：“這種材料最有前景的應(yīng)用之一是作為一種化學(xué)傳感器。”

現(xiàn)在，該研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出小型化、低質(zhì)量、低功耗石墨烯傳感器，可以測(cè)量大氣層上空中的氧原子量。而大氣層上空中的氧原子量來自于太陽紫外線輻射分解氧分子時(shí)所創(chuàng)建，其生成的相關(guān)元素具有高度腐蝕性。當(dāng)衛(wèi)星飛過大氣層上空，會(huì)受到這種化學(xué)物質(zhì)以每秒約5英里(約8公里)的時(shí)速攻擊，從而嚴(yán)重破壞航天器的常用材料，如聚酰亞胺薄膜。

雖然科學(xué)家們相信氧原子組成了低地球軌道上稀薄大氣層的96%，但是在測(cè)量其密度和更準(zhǔn)確地確定其在大氣阻力中的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，其可能導(dǎo)致軌道航天器過早地失去高度降至地球。研究人員說：“我們?nèi)匀徊恢姥踉釉诤教炱魃蟿?chuàng)建的拖曳力的影響;不知道原子與航天器之間轉(zhuǎn)移的動(dòng)量是多少，而這是很重要的，因?yàn)楣こ處熆筛鶕?jù)這種影響來評(píng)估航天器的壽命，以及飛船在重新回到地球大氣層之前會(huì)飛多長(zhǎng)時(shí)間。”

蘇丹娜表示，石墨烯傳感器對(duì)此提供了一個(gè)很好的解決方案。當(dāng)石墨烯吸收氧原子，材料的電阻會(huì)產(chǎn)生變化，石墨烯傳感器可迅速測(cè)量出一個(gè)更精確的密度。“這真令人興奮，我們希望可以計(jì)算頻率阻值的變化，大大簡(jiǎn)化測(cè)量氧原子的操作步驟。”這種化學(xué)傳感器不只可以測(cè)量氧原子，也可測(cè)量甲烷、一氧化碳和其他行星的氣體，以及從行星內(nèi)部釋出的氣態(tài)物質(zhì)。