基于石墨烯的MEMS金属管浮子流量计

发布日期：2019-12-11 来源：作者：浏览次数：

【导读】：金属管浮子流量计的有效尺寸只有一个原子，由石墨烯膜组成，该石墨膜悬挂在下层基板的沟槽中，代表了有史以来最薄的机械谐振器。这些设备可以在兆赫兹范围内的频率上进行光学或电子操作，从而为设计人员和工程师提供了通用的传感解决方案。......

石墨烯因其低密度和高强度而成为用于纳米机电系统（NEMS）应用的理想材料。化学，生物和物理流量计是NEMS表现出比竞争技术高得多的灵敏度的应用示例。

石墨烯流量计和NEMS的占地面积小，导致人们对医疗和遥感应用的兴趣日益增加。

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，由康奈尔大学的Paul McEuen领导的研究小组发布了一些非常好批论文。那些非常好批流量计表现出亚微电子敏感性，可以检测出电荷中非常微小的变化。

金属管浮子流量计的有效尺寸只有一个原子，由石墨烯膜组成，该石墨膜悬挂在下层基板的沟槽中，代表了有史以来非常薄的机械谐振器。这些设备可以在兆赫兹范围内的频率上进行光学或电子操作，从而为设计人员和工程师提供了通用的传感解决方案。

石墨烯质量和温度流量计的研究

经过这些非常初的突破，哥伦比亚大学的研究小组通过生产石墨烯质量和温度流量计扩大了研究范围。

2013年，瑞典KTH的Max Lemme及其同事发表了他们的开创性研究成果，该研究成果是基于石墨烯的金属管浮子流量计的开发，该流量计高度敏感且占地面积小。

在非常近的论文中，Lemme团队展示了石墨烯NEMS流量计比竞争技术优越的压力感测能力。通过在二氧化硅衬底上切开沟槽，然后在沟槽上沉积石墨烯片来制造石墨烯流量计。石墨烯像鼓膜一样自由地悬浮在沟槽上方（图2）。该流量计的截面积仅为65 x 6 µm。

为了测试流量计，修改了周围大气的压力；然而，由于石墨烯片对空气的不渗透性，鼓内部的压力保持不变。感光鼓及其周围之间的压力梯度会产生与压力成比例的力，从而导致石墨烯片膨胀至200 nm。

石墨烯片的膨胀是通过纳米材料的压电特性确定的。该压电特性引起应变下的电阻变化。压力的增加导致电阻的减小，这反过来又增加了电流。

这种基于石墨烯的NEMS金属管浮子流量计的压力灵敏度为4 µV / V / mmHg。与标准的基于硅或碳纳米管的微机电流量计（MEMS）相比，这种新型流量计每单位面积的灵敏度为2到10倍。

给定对灵敏度的特定要求，与传统流量计相比，可以将石墨烯流量计按比例缩小到更小的占地面积。该技术采用常规的CVD石墨烯和Graphenea开发的石墨烯转移工艺。

结论

这些研究结果表明，石墨烯NEMS流量计的前景广阔，并有能力成为现有流量计技术的重要竞争对手。金属管浮子流量计广泛用于控制和监视各种日常应用中的操作，例如汽车感应，航空航天和天气监视。阿基于石墨烯的金属管浮子流量计是用于航空航天领域尤其有利的，因为该装置的超小型。

关于石墨烯

Graphenea是满足工业和研究需求的kao_qian石墨烯生产商。石墨烯已开发出kao_qian的合成和转移工艺，可在任何基材上获得高均匀性的单层石墨烯薄膜。

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