Graphene Week 2015 är full av utmärkta forskningsresultat, men en presentation har skapat stor uppståndelse vid denna Graphene Flagship -konferens. Till en bedövad publik, Robert Roelver från Stuttgart-baserade ingenjörsföretaget Bosch rapporterade på torsdagen att företagsforskare, tillsammans med forskare vid Max-Planck Institute for Solid State Research, har skapat en grafenbaserad magnetisk sensor 100 gånger känsligare än en motsvarande enhet baserad på kisel.
Bosch har länge varit engagerat i sensorteknik, framför allt inom bilsektorn. 2008, företaget expanderade bortom sitt tryck, accelerations- och gyroskopiska rörelsesensorer, till geomagnetisk, temperatur, fuktighet, luftkvalitets- och ljudtrycksanordningar, inklusive för användning i konsumentelektronik, t.ex. mobiltelefoner. Roelver noterade att Bosch är världens främsta leverantör av mikroelektromekaniska sensorer, med 1 miljard euro i försäljning.
Intresserad av om grafen kan möjliggöra nya applikationer och förbättrad sensorprestanda, Bosch har undersökt användningen av det tvådimensionella materialet i dess tryck, magnetisk, fuktighet, gas- och ljudtrycksanordningar. Det första steget var att titta på tillverkningsmetoder.
Top-down-metoder för tillverkning av grafenanordningar såsom mekanisk och kemisk peeling skulle inte fungera i kommersiell skala, så Bosch fokuserade istället på bottom-up-tekniker som termisk sönderdelning av kiselkarbid, och kemisk ångavsättning på metallytor. Det senare är verkligen lämpligt för massproduktion, och det förra möjligen så.
Roelver varnade för att grafenbaserade sensortillämpningar kommer att ta 5-10 år innan de kan konkurrera med etablerad teknik. Detta beror på den nuvarande bristen på storskaliga skivbaserade och överföringsfria syntestekniker.
Olika substrat övervägdes av forskarna från Bosch och Max-Planck, som i fallet med sin magnetiska sensor bosatte sig på sexkantiga bornitrid. Detta beror på både kostnad och teknisk prestanda.
Boschs magnetiska sensorer är baserade på Hall -effekten, där ett magnetfält inducerar en Lorentz -kraft på rörliga elektriska laddningsbärare, vilket leder till avböjning och en mätbar Hall -spänning. Sensorprestanda definieras av två parametrar:(1) känslighet, som beror på antalet laddningsbärare, och (2) strömförbrukning, som varierar omvänt med laddningsbärarens rörlighet. Det är hög bärarmobilitet som gör grafen användbart i sådana applikationer, och de resultat som Bosch-ledda teamet uppnått bekräftar detta.
Jämförande och kontrasterande material, Roelver i sin Graphene Week -presentation visade att grafenscenarierna i värsta fall ungefär matchar en kiselreferens. I bästa fall, resultatet är en enorm förbättring jämfört med kisel, med mycket lägre källström och effektkrav för en given Hall -känslighet. Kortfattat, grafen ger en högpresterande magnetisk sensor med krav på låg effekt och fotavtryck.
När det gäller hårda siffror, det anmärkningsvärda resultatet som Roelver visade centrerades på en direkt jämförelse mellan känsligheten hos en kiselbaserad Hall-sensor med den hos Bosch-MPI grafen. Kiselsensorn har en känslighet på 70 volt per ampesla, medan med bornitrid- och grafenanordningen är siffran 7, 000. Det är en häpnadsväckande två storleksförbättringar, därav reaktionen i Graphene Week -konferenslokalen.
Efter att ha sammanfattat detta fantastiska forskningsresultat, Roelver avslutade med en hög ton, betonar att Bosch verkligen tar grafen på allvar som en framtida kommersiell teknik.
"Vi är glada att se att Graphene Week har valts ut som forum för att avslöja en så viktig teknisk milstolpe, säger Andrea Ferrari, ordförande i direktionen för Graphene Flagship. "Boschs krav på integration av grafen i stora områden i industriella processer matchar och validerar helt flaggskeppets planerade investeringar inom detta kritiska område för massproduktion av enheter."
