Vandtætte grafen elektroniske kredsløb

Vandmolekyler forvrænger den elektriske modstand af grafen, men et hold europæiske forskere har opdaget, at når dette todimensionelle materiale er integreret med metallet i et kredsløb, kontaktmodstanden forringes ikke af fugt. Dette fund vil hjælpe med at udvikle nye sensorer med en betydelig omkostningsreduktion.

De mange anvendelser af grafen, et atomart tyndt ark af kulstofatomer med ekstraordinær ledningsevne og mekaniske egenskaber, omfatte fremstilling af sensorer. Disse omdanner miljøparametre til elektriske signaler, der kan behandles og måles med en computer.

På grund af deres todimensionelle struktur, grafen-baserede sensorer er ekstremt følsomme og lover god ydeevne til lave produktionsomkostninger i de næste år.

For at opnå dette, grafen skal skabe effektive elektriske kontakter, når det integreres med et konventionelt elektronisk kredsløb. Sådanne korrekte kontakter er afgørende i enhver sensor og påvirker dens ydeevne betydeligt.

Men der opstår et problem:grafen er følsomt over for fugt, til vandmolekylerne i den omgivende luft, der er adsorberet på dens overflade. H2O-molekyler ændrer den elektriske modstand af dette kulstofmateriale, som introducerer et falsk signal i sensoren.

Imidlertid, Svenske videnskabsmænd har fundet ud af, at når grafen binder sig til metallet i elektroniske kredsløb, kontaktmodstanden (den del af et materiales samlede modstand på grund af ufuldkommen kontakt ved grænsefladen) påvirkes ikke af fugt.

"Dette vil gøre livet lettere for sensordesignere, da de ikke behøver at bekymre sig om fugtighed, der påvirker kontakterne, bare indflydelsen på selve grafenen, " forklarer Arne Quellmalz, en ph.d. studerende ved KTH Royal Institute of Technology (Sverige) og forskningens hovedforsker.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet ACS anvendte materialer og grænseflader , er blevet udført eksperimentelt ved brug af grafen sammen med guldmetallisering og silicasubstrater i transmissionslinjemodelteststrukturer, samt computersimuleringer.

"Ved at kombinere grafen med konventionel elektronik, du kan drage fordel af både de unikke egenskaber ved grafen og de lave omkostninger ved konventionelle integrerede kredsløb." siger Quellmalz, "En måde at kombinere disse to teknologier på er at placere grafen oven på færdig elektronik, i stedet for at anbringe metallet ovenpå grafenpladen."

Som en del af det europæiske CO2-DETECT-projekt, forfatterne anvender denne nye tilgang til at skabe de første prototyper af grafen-baserede sensorer. Mere specifikt, formålet er at måle kuldioxid (CO ₂ ), den vigtigste drivhusgas, ved hjælp af optisk detektion af mellem-infrarødt lys og til lavere omkostninger end med andre teknologier.