什么是石墨烯？石墨烯传感器的商业化之路

墨烯与传感器是一个天然的结合体，因为石墨烯具有较大的表面体积比、独特的光学特性、优良的导电性、高载流子迁移率和密度、高导热性等诸多特性，可以极大地有利于传感器功能的实现。

什么是传感器？

传感器是一种检测物理环境中发生的事件（如光、热、运动、湿气、压力等），并以输出作出反应的设备，通常是一个电信号、机械信号或光学信号。家用水银温度计是传感器的一个简单例子--它检测温度并与可测量的液体膨胀发生反应。传感器无处不在--它们可以在日常应用中找到，比如触摸感应的电梯按钮和对触摸做出反应的灯管调光表面，但也有许多种类的传感器被大多数人忽视--比如用于医学、机器人、航空航天等领域的传感器。

传统的传感器种类包括温度、压力(热敏电阻、热电偶等)、湿度、流量(电磁、位置位移等)、运动和接近(电容、光电、超声波等)，不过还有无数其他版本的传感器存在，传感器分为两类：主动传感器和被动传感器。有源传感器（如光导电池或光检测传感器）需要电源，而无源传感器（辐射计、胶片摄影）则不需要。

传感器应用

传感器的应用很多，按使用形式大致可以分为以下几大类。

加速度计：基于微电子机械技术的传感器，主要用于移动设备、医学上对病人的监测（如心脏起搏器）和车辆系统。

生物传感器：基于电化学技术的传感器，用于食品和水的检测、医疗设备、健身追踪器和腕带（可测量血氧含量和心率等）和军事用途（生物战等）。

图像传感器：基于CMOS（互补金属氧化物半导体）的传感器，用于消费电子、生物识别、交通和安全监控以及PC成像。

运动检测器：可以是红外、超声波或微波/雷达技术的传感器。它们被用于视频游戏、安全检测和光激活。

什么是石墨烯？

石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，因其优异的特性，常被称为"奇迹材料"。它的强度是钢的200倍，厚度只有一个原子，同时也是世界上最导电的材料。它的密度非常大，最小的氦原子都无法通过它，但同时它又是轻巧透明的。自2004年被隔离以来，研究人员和公司都在热衷于研究石墨烯，它将彻底改变各种市场，并产生改进的工艺、性能更好的部件和新产品。

石墨烯与传感器

石墨烯与传感器是一个天然的结合体，因为石墨烯具有较大的表面体积比、独特的光学特性、优良的导电性、高载流子迁移率和密度、高导热性等诸多特性，可以极大地有利于传感器功能的实现。石墨烯的大表面积能够增强所需生物分子的表面负载，优异的导电性和小带隙有利于生物分子与电极表面之间的电子传导。

基于石墨烯的化学传感器照片

石墨烯被认为在生物传感器和诊断领域的应用将变得尤为广泛。石墨烯的大表面积可以增强所需生物分子的表面负载，而优良的导电性和小带隙有利于在生物分子和电极表面之间传导电子。生物传感器可用于葡萄糖、谷氨酸、胆固醇、血红蛋白等一系列分析物的检测等。石墨烯在实现电化学生物传感器的开发方面也有很大的潜力，基于酶和电极表面之间的直接电子转移。

石墨烯将使传感器更小、更轻--提供无限的设计可能性。它们还将更加敏感，能够检测到更小的物质变化，工作速度更快，最终甚至比传统传感器更便宜。一些基于石墨烯的传感器设计包含一个带有石墨烯通道的场效应晶体管（FET）。当检测到目标分析物的结合时，通过晶体管的电流会发生变化，从而发送一个信号，可以分析确定几个变量。

基于石墨烯的纳米电子器件还被研究用于DNA传感器(用于检测核碱基和核苷酸)、气体传感器(用于检测不同气体)、PH传感器、环境污染传感器、应变和压力传感器等。

石墨烯传感器的商业化之路

2015年6月，德国工程巨头博世公司与马克斯-普朗克固态研究所的科学家合作，产生了一种基于石墨烯的磁性传感器，其灵敏度是基于硅的同等器件的100倍。

2014年8月，总部位于美国的石墨烯前沿公司宣布融资160万美元，用于扩大其石墨烯功能化GFET传感器的研发和制造。他们的"六种传感器"品牌的高灵敏度化学和生物传感器可用于诊断疾病，其灵敏度和效率是传统传感器无法比拟的。

石墨烯前沿的G-FET传感器

2014年9月，德国AMO公司与阿尔卡特朗讯贝尔实验室合作开发了基于石墨烯的光电探测器，据说这是世界上最快的光电探测器。

2013年11月，诺基亚剑桥研究中心开发出基于氧化石墨烯的湿度传感器，该传感器速度快得惊人，薄、透明、灵活，而且响应和恢复时间都很好。诺基亚还在2012年8月申请了一种基于石墨烯的光电探测器的专利，这种探测器透明、轻薄，最终价格应该比传统光电探测器更便宜。
编辑：hfy