Schematisk bild av en grafenenhet med ett kontaktmotstånd som inte förändras av vattenmolekylerna som adsorberas på dess yta. Kredit:Anderson D. Smith
Vattenmolekyler förvränger det elektriska motståndet hos grafen, men ett team av europeiska forskare har upptäckt att när detta tvådimensionella material integreras med metallen i en krets, kontaktmotståndet försämras inte av fukt. Detta fynd kommer att bidra till att utveckla nya sensorer med en betydande kostnadsminskning.
De många tillämpningarna av grafen, ett atomärt tunt ark av kolatomer med extraordinär ledningsförmåga och mekaniska egenskaper, inbegripa tillverkning av sensorer. Dessa omvandlar miljöparametrar till elektriska signaler som kan bearbetas och mätas med en dator.
På grund av deras tvådimensionella struktur, grafenbaserade sensorer är extremt känsliga och lovar bra prestanda till låga tillverkningskostnader under de kommande åren.
För att uppnå detta, grafen måste skapa effektiva elektriska kontakter när den integreras med en konventionell elektronisk krets. Sådana korrekta kontakter är avgörande i alla sensorer och påverkar avsevärt dess prestanda.
Men ett problem uppstår:grafen är känsligt för fukt, till vattenmolekylerna i den omgivande luften som adsorberas på dess yta. H2O-molekyler förändrar det elektriska motståndet hos detta kolmaterial, som introducerar en falsk signal i sensorn.
Dock, Svenska forskare har funnit att när grafen binder till metallen i elektroniska kretsar, kontaktresistansen (den del av ett material totala motstånd som beror på ofullständig kontakt vid gränssnittet) påverkas inte av fukt.
"Detta kommer att göra livet lättare för sensordesigners, eftersom de inte behöver oroa sig för att fukten påverkar kontakterna, bara påverkan på grafenen själv, " förklarar Arne Quellmalz, en Ph.D. student vid Kungliga Tekniska Högskolan (Sverige) och forskningens huvudforskare.
Studien, publiceras i tidskriften ACS tillämpade material och gränssnitt , har utförts experimentellt med grafen tillsammans med guldmetallisering och kiseldioxidsubstrat i teststrukturer för transmissionslinjemodeller, samt datorsimuleringar.
"Genom att kombinera grafen med konventionell elektronik, du kan dra nytta av både de unika egenskaperna hos grafen och de låga kostnaderna för konventionella integrerade kretsar." säger Quellmalz, "Ett sätt att kombinera dessa två teknologier är att placera grafenen ovanpå färdig elektronik, istället för att lägga metallen ovanpå grafenarket."
Som en del av det europeiska CO2-DETECT-projektet, författarna tillämpar denna nya metod för att skapa de första prototyperna av grafenbaserade sensorer. Mer specifikt, Syftet är att mäta koldioxid (CO 2 ), den viktigaste växthusgasen, genom optisk detektering av mellaninfrarött ljus och till lägre kostnader än med andra teknologier.
