Radiation Enhancement by Graphene Oxide on Microelectromechanical System Emitters for Highly Selective Gas Sensing

石墨烯 材料科学 光电子学 发射率 涂层 黑体辐射 氧化物 共发射极 辐射 热辐射 纳米技术 微电子机械系统 红外线的 光子 等离子体子 光学 物理 冶金 热力学
作者
Nanxi Li,Hongye Yuan,Linfang Xu,Jifang Tao,Doris K. T. Ng,Lennon Y. T. Lee,Daw Don Cheam,Yongquan Zeng,Bo Qiang,Qijie Wang,Hong Cai,Navab Singh,Dan Zhao
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:4 (10): 2746-2753 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acssensors.9b01275
摘要

Infrared gas sensors have been proven promising for broad applications in Internet of Things and Industrial Internet of Things. However, the lack of miniaturized light sources with good compatibility and tunable spectral features hinders their widespread utilization. Herein, a strategy is proposed to increase the radiated power from microelectromechanical-based thermal emitters by coating with graphene oxide (GO). The radiation can be substantially enhanced, which partially stems from the high emissivity of GO coating demonstrated by spectroscopic methods. Moreover, the sp2 structure within GO may induce plasmons and thus couple with photons to produce blackbody radiation and/or new thermal emission sources. As a proof-of-concept demonstration, the GO-coated emitter is integrated into a multifunctional monitoring platform and evaluated for gas detection. The platform exhibits sensitive and highly selective detection toward CO2 at room temperature with a detection limit of 50 ppm and short response/recovery time, outperforming the state-of-the-art gas sensors. This study demonstrates the emission tailorability of thermal emitters and the feasibility of improving the associated gas sensing property, offering perspectives for designing and fabricating high-end optical sensors with cost-effectiveness and superior performance.
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