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基于石墨烯的MEMS金屬管浮子流量計
發(fā)布日期：2019-12-11 來源： 作者： 瀏覽次數(shù)：
【導(dǎo)讀】：金屬管浮子流量計的有效尺寸只有一個原子，由石墨烯膜組成，該石墨膜懸掛在下層基板的溝槽中，代表了有史以來最薄的機械諧振器。這些設(shè)備可以在兆赫茲范圍內(nèi)的頻率上進行光學(xué)或電子操作，從而為設(shè)計人員和工程師提供了通用的傳感解決方案。......
石墨烯因其低密度和高強度而成為用于納米機電系統(tǒng)（NEMS）應(yīng)用的理想材料。化學(xué)，生物和物理流量計是NEMS表現(xiàn)出比競爭技術(shù)高得多的靈敏度的應(yīng)用示例。
石墨烯流量計和NEMS的占地面積小，導(dǎo)致人們對醫(yī)療和遙感應(yīng)用的興趣日益增加。
NEMS石墨烯膜的初步研究
用于NEMS的石墨烯膜的研究始于2000年代后期，由康奈爾大學(xué)的Paul McEuen領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)布了一些非常好批論文。那些非常好批流量計表現(xiàn)出亞微電子敏感性，可以檢測出電荷中非常微小的變化。
金屬管浮子流量計的有效尺寸只有一個原子，由石墨烯膜組成，該石墨膜懸掛在下層基板的溝槽中，代表了有史以來非常薄的機械諧振器。這些設(shè)備可以在兆赫茲范圍內(nèi)的頻率上進行光學(xué)或電子操作，從而為設(shè)計人員和工程師提供了通用的傳感解決方案。
石墨烯質(zhì)量和溫度流量計的研究
經(jīng)過這些非常初的突破，哥倫比亞大學(xué)的研究小組通過生產(chǎn)石墨烯質(zhì)量和溫度流量計擴大了研究范圍。
2013年，瑞典KTH的Max Lemme及其同事發(fā)表了他們的開創(chuàng)性研究成果，該研究成果是基于石墨烯的金屬管浮子流量計的開發(fā)，該流量計高度敏感且占地面積小。
在非常近的論文中，Lemme團隊展示了石墨烯NEMS流量計比競爭技術(shù)優(yōu)越的壓力感測能力。通過在二氧化硅襯底上切開溝槽，然后在溝槽上沉積石墨烯片來制造石墨烯流量計。石墨烯像鼓膜一樣自由地懸浮在溝槽上方（圖2）。該流量計的截面積僅為65 x 6 µm。
為了測試流量計，修改了周圍大氣的壓力；然而，由于石墨烯片對空氣的不滲透性，鼓內(nèi)部的壓力保持不變。感光鼓及其周圍之間的壓力梯度會產(chǎn)生與壓力成比例的力，從而導(dǎo)致石墨烯片膨脹至200 nm。
石墨烯片的膨脹是通過納米材料的壓電特性確定的。該壓電特性引起應(yīng)變下的電阻變化。壓力的增加導(dǎo)致電阻的減小，這反過來又增加了電流。
這種基于石墨烯的NEMS金屬管浮子流量計的壓力靈敏度為4 µV / V / mmHg。與標準的基于硅或碳納米管的微機電流量計（MEMS）相比，這種新型流量計每單位面積的靈敏度為2到10倍。
給定對靈敏度的特定要求，與傳統(tǒng)流量計相比，可以將石墨烯流量計按比例縮小到更小的占地面積。該技術(shù)采用常規(guī)的CVD石墨烯和Graphenea開發(fā)的石墨烯轉(zhuǎn)移工藝。
結(jié)論
這些研究結(jié)果表明，石墨烯NEMS流量計的前景廣闊，并有能力成為現(xiàn)有流量計技術(shù)的重要競爭對手。金屬管浮子流量計廣泛用于控制和監(jiān)視各種日常應(yīng)用中的操作，例如汽車感應(yīng)，航空航天和天氣監(jiān)視。阿基于石墨烯的金屬管浮子流量計是用于航空航天領(lǐng)域尤其有利的，因為該裝置的超小型。
關(guān)于石墨烯
Graphenea是滿足工業(yè)和研究需求的kao_qian石墨烯生產(chǎn)商。石墨烯已開發(fā)出kao_qian的合成和轉(zhuǎn)移工藝，可在任何基材上獲得高均勻性的單層石墨烯薄膜。
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