墨烯與傳感器是一個天然的結合體，因為石墨烯具有較大的表面體積比、獨特的光學特性、優良的導電性、高載流子遷移率和密度、高導熱性等諸多特性，可以極大地有利于傳感器功能的實現。

什么是傳感器？

傳感器是一種檢測物理環境中發生的事件（如光、熱、運動、濕氣、壓力等），并以輸出作出反應的設備，通常是一個電信號、機械信號或光學信號。家用水銀溫度計是傳感器的一個簡單例子--它檢測溫度并與可測量的液體膨脹發生反應。傳感器無處不在--它們可以在日常應用中找到，比如觸摸感應的電梯按鈕和對觸摸做出反應的燈管調光表面，但也有許多種類的傳感器被大多數人忽視--比如用于醫學、機器人、航空航天等領域的傳感器。

傳統的傳感器種類包括溫度、壓力(熱敏電阻、熱電偶等)、濕度、流量(電磁、位置位移等)、運動和接近(電容、光電、超聲波等)，不過還有無數其他版本的傳感器存在，傳感器分為兩類：主動傳感器和被動傳感器。有源傳感器（如光導電池或光檢測傳感器）需要電源，而無源傳感器（輻射計、膠片攝影）則不需要。

傳感器應用

傳感器的應用很多，按使用形式大致可以分為以下幾大類。

加速度計：基于微電子機械技術的傳感器，主要用于移動設備、醫學上對病人的監測（如心臟起搏器）和車輛系統。

生物傳感器：基于電化學技術的傳感器，用于食品和水的檢測、醫療設備、健身追蹤器和腕帶（可測量血氧含量和心率等）和軍事用途（生物戰等）。

圖像傳感器：基于CMOS（互補金屬氧化物半導體）的傳感器，用于消費電子、生物識別、交通和安全監控以及PC成像。

運動檢測器：可以是紅外、超聲波或微波/雷達技術的傳感器。它們被用于視頻游戲、安全檢測和光激活。

什么是石墨烯？

石墨烯是一種由碳原子構成的二維材料，因其優異的特性，常被稱為"奇跡材料"。它的強度是鋼的200倍，厚度只有一個原子，同時也是世界上最導電的材料。它的密度非常大，最小的氦原子都無法通過它，但同時它又是輕巧透明的。自2004年被隔離以來，研究人員和公司都在熱衷于研究石墨烯，它將徹底改變各種市場，并產生改進的工藝、性能更好的部件和新產品。

石墨烯與傳感器

石墨烯與傳感器是一個天然的結合體，因為石墨烯具有較大的表面體積比、獨特的光學特性、優良的導電性、高載流子遷移率和密度、高導熱性等諸多特性，可以極大地有利于傳感器功能的實現。石墨烯的大表面積能夠增強所需生物分子的表面負載，優異的導電性和小帶隙有利于生物分子與電極表面之間的電子傳導。

基于石墨烯的化學傳感器照片

石墨烯被認為在生物傳感器和診斷領域的應用將變得尤為廣泛。石墨烯的大表面積可以增強所需生物分子的表面負載，而優良的導電性和小帶隙有利于在生物分子和電極表面之間傳導電子。生物傳感器可用于葡萄糖、谷氨酸、膽固醇、血紅蛋白等一系列分析物的檢測等。石墨烯在實現電化學生物傳感器的開發方面也有很大的潛力，基于酶和電極表面之間的直接電子轉移。

石墨烯將使傳感器更小、更輕--提供無限的設計可能性。它們還將更加敏感，能夠檢測到更小的物質變化，工作速度更快，最終甚至比傳統傳感器更便宜。一些基于石墨烯的傳感器設計包含一個帶有石墨烯通道的場效應晶體管（FET）。當檢測到目標分析物的結合時，通過晶體管的電流會發生變化，從而發送一個信號，可以分析確定幾個變量。

基于石墨烯的納米電子器件還被研究用于DNA傳感器(用于檢測核堿基和核苷酸)、氣體傳感器(用于檢測不同氣體)、PH傳感器、環境污染傳感器、應變和壓力傳感器等。

石墨烯傳感器的商業化之路

2015年6月，德國工程巨頭博世公司與馬克斯-普朗克固態研究所的科學家合作，產生了一種基于石墨烯的磁性傳感器，其靈敏度是基于硅的同等器件的100倍。

2014年8月，總部位于美國的石墨烯前沿公司宣布融資160萬美元，用于擴大其石墨烯功能化GFET傳感器的研發和制造。他們的"六種傳感器"品牌的高靈敏度化學和生物傳感器可用于診斷疾病，其靈敏度和效率是傳統傳感器無法比擬的。

石墨烯前沿的G-FET傳感器

2014年9月，德國AMO公司與阿爾卡特朗訊貝爾實驗室合作開發了基于石墨烯的光電探測器，據說這是世界上最快的光電探測器。

2013年11月，諾基亞劍橋研究中心開發出基于氧化石墨烯的濕度傳感器，該傳感器速度快得驚人，薄、透明、靈活，而且響應和恢復時間都很好。諾基亞還在2012年8月申請了一種基于石墨烯的光電探測器的專利，這種探測器透明、輕薄，最終價格應該比傳統光電探測器更便宜。
編輯：hfy