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用于水介质中重金属离子检测的黑色磷场效应晶体管传感器的半定量设计†
Molecular Systems Design & Engineering ( IF 3.2 ) Pub Date : 2018-11-21 00:00:00 , DOI: 10.1039/c8me00056e
Jingbo Chang 1, 2, 3, 4 , Haihui Pu 1, 2, 3, 4 , Spencer A. Wells 4, 5, 6, 7 , Keying Shi 8, 9, 10, 11, 12 , Xiaoru Guo 1, 2, 3, 4 , Guihua Zhou 1, 2, 3, 4 , Xiaoyu Sui 1, 2, 3, 4 , Ren Ren 1, 2, 3, 4 , Shun Mao 1, 2, 3, 4, 13 , Yantao Chen 1, 2, 3, 4 , Mark C. Hersam 4, 5, 6, 7, 14 , Junhong Chen 1, 2, 3, 4
Molecular Systems Design & Engineering ( IF 3.2 ) Pub Date : 2018-11-21 00:00:00 , DOI: 10.1039/c8me00056e
Jingbo Chang 1, 2, 3, 4 , Haihui Pu 1, 2, 3, 4 , Spencer A. Wells 4, 5, 6, 7 , Keying Shi 8, 9, 10, 11, 12 , Xiaoru Guo 1, 2, 3, 4 , Guihua Zhou 1, 2, 3, 4 , Xiaoyu Sui 1, 2, 3, 4 , Ren Ren 1, 2, 3, 4 , Shun Mao 1, 2, 3, 4, 13 , Yantao Chen 1, 2, 3, 4 , Mark C. Hersam 4, 5, 6, 7, 14 , Junhong Chen 1, 2, 3, 4
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基于二维(2D)晶体纳米材料的场效应晶体管(FET)水传感器因其低成本,便携性,快速响应以及对水污染物的高敏感性而受到越来越多的关注。但是,缺少通过描述金属离子和2D纳米材料之间的直接相互作用来帮助传感器设计的通用模型。在这里,我们报告了一种广泛适用的统计热力学模型,该模型仅依靠离子浓度和传感器材料的固有特性(例如带隙和载流子有效质量)来描述FET传感器的行为(例如,较低的检测极限)。感应机制的两种状态(电荷转移与根据传感器材料中Debye筛查长度的相对大小以及所吸附离子之间的距离,可以预测静电门控)。在较低的离子吸附密度下,电荷转移效应占主导地位,而随着吸附离子之间的距离接近德拜长度,从较高的吸附密度开始发生从电荷转移到静电门控效应的演变。由于其可调带隙,选择了黑磷(BP)纳米片FET传感器以半定量验证模型,包括两种传感方案之间的预测演变。Na +,Mg 2 +,Zn 2 +,Cd 2 +,Pb 2+和Hg 2+离子,BP纳米片FET传感器对Hg 2+离子响应更快,因此无需探针。在自来水(去离子水中)中,Hg 2+离子的理论下限可以达到0.1 nM(0.1 fM)。
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更新日期:2018-11-21
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