En mere følsom sensor ved hjælp af kulstofrør i nanostørrelse

Elektromekaniske sensorer fortæller airbaggen i din bil at pustes op og dreje din iPhone-skærm, så den matcher din position på sofaen. Nu gør en forskergruppe fra Tel Aviv Universitys fakultet for ingeniørvidenskab teknologien endnu mere nyttig.

Prof. Yael Hanein, Dr. Slava Krylov og deres ph.d.-studerende Assaf Ya'akobovitz har sat sig for at gøre sensorer til mikroelektromekaniske systemer (MEMS) væsentligt mere følsomme og pålidelige, end de er i dag. Og de skrumper deres arbejde til nanostørrelse for at gøre det.

Mere følsomme sensorer betyder flere spændende videospil, bedre fungerende proteser, biler, der kan registrere kollisioner og farlige sving, før de opstår, og - i forsvarsindustrien - missiler, der kan nå et mål langt mere præcist.

Miniskule jordskælv

I stand til at "føle" og fornemme bevægelsen af ​​individuelle atomer, forskernes nye MEMS-sensorenhed bruger små kulstofrør, nano i størrelse -- omkring en milliarddel af en meter lang. At skabe disse små rør ved hjælp af en proces, der involverer metangas og en ovn, Prof. Hanein har udviklet en metode, hvorved de arrangerer sig selv på en overflade af en siliciumchip for præcist at registrere små bevægelser og ændringer i tyngdekraften.

I enheden udviklet af Prof. Haneins og Dr. Krylovs team, et meget lille nanometerrør tilføjes til meget større MEMS-enheder i mikrometerskala. Små deformiteter i rørenes krystalstruktur registrerer en ændring i nanoobjektets bevægelse, og levere amplituden af ​​bevægelsen gennem en elektrisk impuls. "Det er sådan en lille ting, " siger prof. Hanein. "Men efter vores beslutning, vi er i stand til at mærke bevægelsen af ​​objekter så små som nogle få atomer."

"Oprindeligt udviklet primært til bilindustrien, miniature sensorer er overalt omkring os, " siger prof. Hanein. "Vi har været i stand til at fremstille en ny enhed, hvor nanostrukturerne sættes på en stor overflade - og de kan arrangeres i en proces, der ikke kræver menneskelig indgriben, så de er nemmere at fremstille. Vi kan køre disse nano-sensorrør hen, hvor end vi har brug for dem, hvilket kunne være meget praktisk og omkostningseffektivt på tværs af et bredt spektrum af industrier."

Indtil nu, Prof. Hanein forklarer, området med at skabe sensorer til nanoteknologi har primært været baseret på manuel betjening, der kræver tidskrævende teknikker. Prof. Hanein og hendes team har udviklet et følsomt, men rigeligt og omkostningseffektivt materiale, der kan overtrækkes på proteser. indsat i nye videospil for mere spændende spil, og bruges af bilindustrien til at opdage en potentiel kollision, før den bliver fatal.

Teknologien er blevet præsenteret i en række peer-reviewede tidsskrifter, herunder Journal of Micromechanics and Micro-engineering; ved en MEMS-konference i Hong Kong; og på en nanokonference i Tirol, Østrig i marts.

Markeder i bevægelse

Markedet for MEMS-enheder, som tager mekaniske signaler og konverterer dem til elektriske impulser, skønnes at være milliarder værd. "Den største udfordring for industrien i dag er at gøre disse grundlæggende sensorer meget mere følsomme, at genkende små ændringer i bevægelse og position. Der er åbenbart en enorm interesse fra militæret, som anerkender navigationspotentialet ved sådanne teknologier, men der er også humanitære og rekreative formål, der kan komme ud af sådanne militære udviklinger, " Prof. Hanein understreger. Mere følsomme MEMS kan spille en rolle i guidet kirurgi, for eksempel.

TAU-teamet arbejder på at optimere systemet, i håb om at gøre den mindst 100 gange mere følsom end nogen sensorenhed på markedet i dag.