Что такое «белый графен» и что он предлагает для футуристических устройств?

Недавно обнаруженные двумерные (или «2D») одноатомные материалы толщиной в толщину продолжают совершенствоваться и дополнительно характеризоваться, помогая находить новые способы продвижения наноэлектроники в еще более практичные области с добавленной стоимостью. В частности, одноатомный листовой графен, обладающий преимуществами проводимости, прочности и отношения поверхности к объему, хорошо подходит для того, что сегодня кажется футуристическим применением в областях носимых устройств, датчиков и биодетектирования, и это лишь некоторые из них.

Кредиты изображений | shutterstock.com/g/OliveTree

Но когда некоторые из этих наноматериалов на атомном слое объединяются для совместной работы, результаты могут быть еще более потрясающими. Рассмотрим гексагональный нитрид бора или "hBN", который иногда называют "белым графеном" из-за его высокой прозрачности. Как следует из названия, на атомном уровне этот материал находится в шестиугольной структуре с чередующимися атомами бора и нитрида, образующими шестиугольник. Эта модель является «изоэлектронной» для графена и очень близко совпадает с почти идентичной гексагональной решеткой углерода, которая составляет «кристаллическую» структуру графена. Это означает, что эти два материала очень совместимы при наложении друг на друга, что обеспечивает преимущества в прочности сцепления и делает их сравнительно простыми в работе при их объединении.

Сам по себе hBN обладает некоторыми очень интересными характеристиками; как уже упоминалось, он почти полностью прозрачен, поглощает очень мало видимого света. Материал также довольно прочный, является отличным проводником тепла, но является электрическим изолятором, и было также показано, что он обеспечивает много преимуществ для материалов, к которым он применяется. Например, hBN при нанесении на акриловые листы может помочь сделать их огнестойкими и антимикробными. Это означает, что когда-нибудь мы сможем увидеть интерьеры самолетов и стены хирургического кабинета, покрытые слоями hBN, чтобы обеспечить желаемые характеристики для пассажиров.

Область биосенсинга – одна из первых областей, где однослойный графен используется для его передовых возможностей. Ручные анализаторы крови на основе графена о размере смартфона, который доктор может использовать в полевых условиях для выявления заболеваний, уже доступны. Такие компании, как Nanomedical Diagnostics, описывают такие заболевания, как болезнь Лайма и вирус Зика. Чувствительность, стабильность и небольшие размеры графена делают возможной мобильность и мгновенную обратную связь. Теперь врачи могут сдать анализ крови в отдаленные места и получить немедленную обратную связь для лечения пациентов в пустынных районах, в тысячах миль от традиционной медицинской помощи.

Но производительность графена в этом случае биосенсирования может быть улучшена еще больше в сочетании с нашим новым другом hBN. Микросхема на основе кремния, описанная выше в устройстве Nanomedical Diagnostics, имеет слой графена, который выполняет измерение крови и обнаружение заболеваний. Производительность этого графенового датчика на кремнии очень высока, но его можно сделать еще выше, когда графен нанесен поверх слоя hBN, а затем на кремний. В этом случае hBN выполняет несколько важных функций; он выравнивает нижележащий слой кремния, блокирует большую часть оксидных помех, исходящих из кремния, и, наконец, обеспечивает гораздо лучшую адгезию к графену, чем один кремний мог позволить.

Накладывание графена поверх hBN при создании биосенсоров на основе кремния может привести к таким прорывам, как использование пота в коже в состоянии покоя для мониторинга уровня глюкозы в реальном времени и многие другие аспекты здоровья – все просто путем ношения пластыря , браслет или правильно подобранную одежду. Полученная таким датчиком, эта информация может быть сохранена или отправлена ​​в режиме реального времени через смартфон владельца медицинскому работнику или другому устройству сбора данных для последующего анализа.

Чувствительность графена к ошеломлению весьма велика и только сейчас начинает использоваться в современных разработках микроустройств, особенно в области наук о жизни. Но эти характеристики восприятия на атомном уровне могут быть еще более улучшены, когда слой графена комбинируется с «белым графеном» или hBN. Потенциал этой комбинации только начинает цениться. Производители и пользователи графена, которые имеют возможность совместно характеризовать и внедрять эти материалы, могут предоставить реальную уникальную ценность производителям чувствительных устройств и обеспечат рабочие характеристики, позволяющие создавать новые области, о которых еще даже не думали.

Source link