Forskere opretter en meget lille sensor ved hjælp af hvidt grafen

Forskere fra TU Delft i Holland, i samarbejde med et team ved University of Cambridge (U.K.), har fundet en måde at skabe og rense små mekaniske sensorer på en skalerbar måde. De skabte disse sensorer ved at ophænge et todimensionalt ark af hexagonalt bornitrid (h-BN), eller 'hvid grafen' over små huller i et siliciumsubstrat. Denne innovation kan føre til ekstremt små gas- og tryksensorer til fremtidens elektronik.

Hexagonal bornitrid (h-BN) er et interessant materiale med en bikagegitterstruktur, der ligner grafit. Men mens grafit leder elektricitet, mens h-BN fungerer som en isolator. Denne egenskab gør h-BN populær som et high-end smøremiddel, især i industrielle applikationer, hvor elektrisk ledningsevne er uønsket. Da h-BN har den ekstra fordel at være kemisk og termisk mere stabil end grafit, det bruges også i barske miljøer såsom plads, for eksempel, i dybe ultraviolette applikationer.

Sticky ting

Mens lag af det todimensionelle materiale grafen kan eksfolieres fra grafit med klæbende tape, at skabe enkelte lag af h-BN er meget vanskeligere. Grunden til dette er, at lagene, der udgør h-BN, 'klæber' til hinanden - og andre materialer - meget stærkere end lag af grafen gør. Dermed, ikke mange forskere har været i stand til at studere egenskaberne af h-BN som et 2-D materiale indtil nu. "Der er kun to eller tre institutioner i verden, der kan producere enkeltstående, todimensionelle lag af hvid grafit, og University of Cambridge er en af ​​dem, " sagde hovedforfatter Santiago J. Cartamil-Bueno. "Dette projekt er en succes takket være vores effektive samarbejde med dem."

Ved at bruge en teknik kaldet kemisk dampaflejring, forskere ved University of Cambridge dyrkede et et atom-tykt ark af h-BN, eller 'hvid grafen, " på et stykke jernfolie. De sendte det derefter til TU Delft i Holland. Der, gennem en række trin, forskerne fra Delft overførte arket af transparent hvid grafen til et siliciumsubstrat indeholdende små cirkulære hulrum. Ved at gøre det, de skabte mikroskopiske "trommer". Disse tromler fungerer som mekaniske resonatorer og kan bruges som uendelige små gas- eller tryksensorer, for eksempel i mobiltelefoner.

Rengøring af tromler

Mens skabelsen af ​​h-BN trommerne var en betydelig udfordring i sig selv, dette projekt udgjorde et andet, endnu større udfordring. Som et resultat af de nødvendige trin for at overføre den monoatomare plade til siliciumsubstratet, tromlerne var forurenet med en række polymerer. Almindelige forureninger som denne er uønskede, da de ændrer sensorernes egenskaber. Resultatet er, at alle sensorerne kan opføre sig lidt forskelligt. "For at overgå de normale sensorer på markedet, imidlertid, det er vigtigt, at alle 2-D sensorer opfører sig på nøjagtig samme måde, " forklarer Cartamil-Bueno.

Delft-forskerne fandt en løsning:Ved at bruge ozongas, det lykkedes dem at rense tromlerne. Den aggressive gas fjernede alle de organiske polymerer. Imidlertid, spor af PMMA, en polymer med uorganiske komponenter, blev efterladt på resonatorerne. "Heldigvis, dette problem kan løses ved kun at bruge organiske substrater, mens pladen af ​​hvid grafit overføres til hulrummene, " siger Cartamil-Bueno. Således, Delft-forskerne har leveret principielt bevis for fremstillingen af ​​utroligt små sensorer til fremtidens elektronik.