【导读】富士通实验室宣布全球首次成功开发出一种精密敏感的气体传感器，该传感器基于一种利用石墨烯的新原理，石墨烯是一种碳原子排列成一个原子厚度的材料。这一发展为紧凑型仪器铺平了道路，这些仪器能够快速，灵敏地测量特定气体成分，用于检测大气污染或测试人体呼吸中的有机气体。富士通实验室开发了一种气体传感器，该传感器采用新原理，其中硅晶体管的栅极部分由石墨烯代替。
该传感器可检测低于十亿分之几（ppb）二氧化氮（NO2）和氨（NH3）的浓度;尤其是二氧化氮，灵敏度提高了十倍以上，小于1 ppb。该技术有望实现空气质量的实时测量，这可能需要数十小时，具体取决于被测气体。它还将简化呼吸中气体成分的检测，可用于快速发现生活方式疾病。
石墨烯是一种仅有一个原子厚度的二维碳片，具有显着的电性能，远远超出使用硅的超大规模集成电路（VLSI）的极限，这正在达到小型化的极限。作为下一代电子设备的材料，这引起了人们的关注。富士通实验室正在开发使用石墨烯的超快，低功耗晶体管和革命性器件，并正在开发功能器件，如使用石墨烯的高灵敏度传感器。
已经提出气体传感器作为可以使用石墨烯制造的一种功能装置。希望它能够传感器能够以高灵敏度（ppb级）测量某些气体成分，以检测人体呼吸中的空气污染或气体。虽然可以使用专业设备（例如气相色谱仪）执行极其灵敏的测量，但此设备很大且测量需要时间。存在紧凑且实时工作的半导体气体传感器，但是这些传感器通常以百万分率的灵敏度操作，因此它们的性能不足以检测某些气体组分。已经提出了使用石墨烯的传感器，该石墨烯可以通过检测气体附着的石墨烯上的电阻变化来起作用，
已经创建了基于该原理的传感器，其在氮气环境中测量几十ppb的氨和小于1ppb的NO 2。预计在空气或人体呼吸分析中发现的气体中，测试结果表明它仅对NO2和NH3起反应，这意味着它只能检测特定气体（图3）。
该技术对NO2的敏感度比传统的基于电阻率的石墨烯传感器（小于1 ppb）和商用电化学传感器（其灵敏度超过几十ppb）高一个数量级。
该传感器结构紧凑，检测面积仅为几百微米，但可以做得更小（小于1微米）。灵敏度高于现有技术，并且由于其机制不依赖于化学反应，因此传感器通过诸如向设备施加热量的方法返回其原始状态。该传感器可用于紧凑型设备，可在任何地方实时测量NO2，环境基准灵敏度为40-60 ppb，这是空气污染的指标。
富士通实验室已经测试了石墨烯栅极传感器背后原理的有效性，并且旨在在验证其特性和研究其耐久性之后将其作为环境传感器实际应用。该公司还计划通过将石墨烯与其他分子结合，找到检测除二氧化氮和氨以外的气体的方法。此外，通过将这种传感器与2016年4月宣布的可以高灵敏度测量氨的传感器相结合，富士通实验室计划开发一种高灵敏度和便携式传感器，可以像温度计一样方便地用来测量人体呼吸中的气体用于早期发现生活方式疾病。
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