具有太极八卦阵对称性的高灵敏气体传感器

AMTguoxuefeng中国古代伟大的哲学家老子在他光耀千古的传世之作《道德经》中有这样一个朴素唯物理论:“道生一,一生二,二生三,三生万物。无极生太极,太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦。”说的按照一重对称产生两个元素、两重对称产生四个元素、三重对称产生八个元素的对称规律最终实现了整个自然万物的产生和有效运行。这种朴素的唯物论观点在现在科学研究中依然有很大的指导意义。电子器件的是现在信息世界的基石,被广泛的应用到集成电路、能量转化、化学和生物传感等领域中。而基于对称原理操控界面处载流子的类型和浓度,是实现这些电子器件功能的关键。

近期,北京大学郭雪峰研究团队设计了一种具有多重刺激响应功能的光电子器件,实现了按照太极八卦对称原理工作的超灵敏气体检测。具体而言,在该器件中具有光活性的TiO2量子点被直接组装到了悬浮的原生石墨烯上来构建器件核心工作区。通过结合光激发和栅调控双重操控,TiO2-石墨烯界面处的光诱导电子和空穴展现出不同的特性,这使控制器件界面处载流子类型和电荷捕获-释放过程成为可能。基于这种有效操控,TiO2量子点修饰的石墨烯器件展现出了高灵敏的化学检测特性。选用O2为代表性的电子受体气体氛围,NH3或H2为代表性的电子给体气体氛围,当将光激发的杂合器件暴露在这些特性相反的气体氛围中时,具有八卦对称的传感响应特征可以在同一个光电子器件中被实现,并且器件具有可控的快响应速度和超低检测灵敏度。

此项研究提供了一种全新的界面工程设计视角来发展高性能的环境、化学多功能传感器和其他光电子器件。相关论文发表在 Advanced Materials Technologies(DOI: 10.1002/admt.201600067)上。