Tấm bọt grapheee (trái) và hình ảnh cấu trúc bên trong dưới kính hiển vi nano (phải).
Qua nhiều nghiên cứu, các nhà khoa học biết được rằng một số cấu trúc nano rất nhạy cảm với chất hóa học hay khí, qua đó chúng được xem là vật liệu đầy tiềm năng để sử dụng trong cách thiết bị phát hiện chất nổ. Nhưng thật không may là do có kích thước quá nhỏ nên việc tích hợp một cấu trúc nano đơn lẻ vào thiết bị đòi hỏi sự tỉ mỉ và chi phí thực hiện cao. Thêm vào đó, các cấu trúc cũng rất dễ vỡ nên thật khó để có thể tẩy sạch khí hóa học đọng lại để tái sử dụng. Tuy nhiên, mới đây, các nhà khoa học đến từ viện bách khoa Rensselaer New York đã tìm ra một giải pháp khắc phục các vấn đề trên. Giải pháp của họ là tạo ra một miếng bọt có kích thước bằng con tem từ graphene[1] với các đặc tính như dễ tạo hình, mềm dẻo, bền bỉ, đơn giản để có thể trung hòa sau mỗi lần sử dụng và đặc biệt có độ nhạy gấp 10 lần so với các loại cảm biến polymer thông thường.
Để tạo ra vật liệu, các nhà nghiên cứu cộng tác đến từ viện khoa học Trung Quốc đã "nuôi" graphene trên một cấu trúc chứa bọt niken sau đó loại bỏ niken. Phần còn lại là một bộ khung graphen với các mắc xích có tỉ lệ nano.
Tấm bọt sau đó được kiểm tra bằng cách cho tiếp xúc với khí amoniac và nitơ dioxit, cả 2 loại khí này thường được sản sinh từ vật liệu nổ. Các hạt khí dính vào tấm bọt, làm thay đổi điện trở của graphene và với việc đo đạc những thay đổi về điện trở, các nhà nghiên cứu đã có thể phát hiện sự tồn tại của những loại khí kể trên.
Qua thử nghiệm, trong từ 5 đến 10 phút, điện trở trên tấm bọt đã thay đổi khoảng 30% khi tiếp xúc với khí amoniac theo tỉ lệ đậm đặc 1000 ppm (~0,1%) ở nhiệt độ phòng và áp suất không khí bình thường. Trong khi để có được kết quả tương tự vào cùng một mức thời gian, các cảm biến polymer cần phải tiếp xúc với khí amoniac với độ đậm đặc cao hơn, khoảng 10.000 ppm (~1,0%).
Thêm vào đó, tấm bọt vẫn có thể hoạt động ở độ đậm đặc 20 ppm (0,002%) - tỉ lệ được cho là thấp hơn rất nhiều so với khả năng nhận biết của các thiết bị đang được bán thương mại. Một ưu điểm nữa của bọt graphene là không yêu cầu nhiệt độ cao, khác với các loại cảm biến thông thường.
Ngoài amoniac, bọt graphene còn cho thấy khả năng nhận biết hiệu quả hơn gấp 10 lần so với cảm biến polymer với khí nitơ dioxit. Theo các nhà khoa học Rensselaer, bọt graphene rất dễ gia công để có thể phát hiện các loại chất khác.
Một khi vật liệu được dùng để phát hiện khí hóa học, nó có thể được làm sạch đơn giản bằng cách đưa vào tấm bọt một dòng điện có cường độ 100 mA. Các hạt khí sẽ tách ra khỏi tấm bọt và rơi xuống, vì vậy, vật liệu đã có thể sẵn sàng để tái sử dụng.
