富士通實驗室宣布全球首次成功開發(fā)出一種精密敏感的氣體傳感器，該傳感器基于一種利用石墨烯的新原理，石墨烯是一種碳原子排列成一個原子厚度的材料。這一發(fā)展為緊湊型儀器鋪平了道路，這些儀器能夠快速，靈敏地測量特定氣體成分，用于檢測大氣污染或測試人體呼吸中的有機氣體。富士通實驗室開發(fā)了一種氣體傳感器，該傳感器采用新原理，其中硅晶體管的柵極部分由石墨烯代替。

該傳感器可檢測低于十億分之幾（ppb）二氧化氮（NO2）和氨（NH3）的濃度;尤其是二氧化氮，靈敏度提高了十倍以上，小于1 ppb。該技術(shù)有望實現(xiàn)空氣質(zhì)量的實時測量，這可能需要數(shù)十小時，具體取決于被測氣體。它還將簡化呼吸中氣體成分的檢測，可用于快速發(fā)現(xiàn)生活方式疾病。

石墨烯是一種僅有一個原子厚度的二維碳片，具有顯著的電性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出使用硅的超大規(guī)模集成電路（VLSI）的極限，這正在達(dá)到小型化的極限。作為下一代電子設(shè)備的材料，這引起了人們的關(guān)注。富士通實驗室正在開發(fā)使用石墨烯的超快，低功耗晶體管和革命性器件，并正在開發(fā)功能器件，如使用石墨烯的高靈敏度傳感器。

已經(jīng)提出氣體傳感器作為可以使用石墨烯制造的一種功能裝置。希望它能夠傳感器能夠以高靈敏度（ppb級）測量某些氣體成分，以檢測人體呼吸中的空氣污染或氣體。雖然可以使用專業(yè)設(shè)備（例如氣相色譜儀）執(zhí)行極其靈敏的測量，但此設(shè)備很大且測量需要時間。存在緊湊且實時工作的半導(dǎo)體氣體傳感器，但是這些傳感器通常以百萬分率的靈敏度操作，因此它們的性能不足以檢測某些氣體組分。已經(jīng)提出了使用石墨烯的傳感器，該石墨烯可以通過檢測氣體附著的石墨烯上的電阻變化來起作用。

已經(jīng)創(chuàng)建了基于該原理的傳感器，其在氮氣環(huán)境中測量幾十ppb的氨和小于1ppb的NO 2。預(yù)計在空氣或人體呼吸分析中發(fā)現(xiàn)的氣體中，測試結(jié)果表明它僅對NO2和NH3起反應(yīng)，這意味著它只能檢測特定氣體（圖3）。

該技術(shù)對NO2的敏感度比傳統(tǒng)的基于電阻率的石墨烯傳感器（小于1 ppb）和商用電化學(xué)傳感器（其靈敏度超過幾十ppb）高一個數(shù)量級。

該傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，檢測面積僅為幾百微米，但可以做得更小（小于1微米）。靈敏度高于現(xiàn)有技術(shù)，并且由于其機制不依賴于化學(xué)反應(yīng)，因此傳感器通過諸如向設(shè)備施加熱量的方法返回其原始狀態(tài)。該傳感器可用于緊湊型設(shè)備，可在任何地方實時測量NO2，環(huán)境基準(zhǔn)靈敏度為40-60 ppb，這是空氣污染的指標(biāo)。

富士通實驗室已經(jīng)測試了石墨烯柵極傳感器背后原理的有效性，并且旨在在驗證其特性和研究其耐久性之后將其作為環(huán)境傳感器實際應(yīng)用。該公司還計劃通過將石墨烯與其他分子結(jié)合，找到檢測除二氧化氮和氨以外的氣體的方法。此外，通過將這種傳感器與2016年4月宣布的可以高靈敏度測量氨的傳感器相結(jié)合，富士通實驗室計劃開發(fā)一種高靈敏度和便攜式傳感器，可以像溫度計一樣方便地用來測量人體呼吸中的氣體用于早期發(fā)現(xiàn)生活方式疾病。