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- 科學家開發(fā)出新型高靈敏的石墨烯基混合磁傳感器
- 來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2015/11/11
- 新加坡國立大學(NUS)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新型的混合磁傳感器,它比大多數(shù)的商用傳感器更靈敏。這一技術(shù)突破限制,開發(fā)出體積更小、更便宜的傳感器技術(shù),可應(yīng)用于多種領(lǐng)域,如消費電子、信息及通訊技術(shù)、生物技術(shù)和汽車。
本發(fā)明是由新加坡國立大學工程學院電子與計算機工程系副教授Yang Hyunsoo領(lǐng)導(dǎo)的,于2015年九月發(fā)表在《自然通訊》雜志上。
廣泛需要的高性能磁傳感器
當外部磁場被施加到某些材料上,發(fā)生的電阻變化(也被稱為磁阻)是由于電子被偏轉(zhuǎn)。磁電阻的發(fā)現(xiàn)為硬盤驅(qū)動器和其他設(shè)備中使用的磁場傳感器打下來基礎(chǔ),徹底改變了數(shù)據(jù)的存儲和讀取。
在尋找理想磁阻傳感器的時候,研究人員非?粗貙Φ秃透叽艌龅母哽`敏度性能、可調(diào)性,以及隨溫度非常小的電阻變化。
由楊副教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)的新型混合傳感器終于滿足了這些要求,楊副教授也和新加坡國立大學納米科學與納米技術(shù)研究所(NUSNNI)和新加坡國立大學理學院的先進2D材料(CA2DM)中心進行了合作。這個跨學科研究小組的其他成員包括NUSNNI和CA2DM的Kalon Gopinadhan博士、Thirumalai Venkatesan教授、NUSNNI主任;、‘英國曼徹斯特大學Andre K.Geim教授’新加坡國立大學物理系教授及CA2DM主任Antonio H.Castro Neto。
比市售的傳感器靈敏200多倍
由石墨烯和氮化硼制成的新型傳感器,包括幾個層的載體移動通道,每一個都可以由磁場進行控制。研究人員在各種溫度下、磁場的角度下,以及不同的配對材料下,對新傳感器進行了表征。
Kalon博士說,“我們首先試圖了解石墨烯在磁場下是如何響應(yīng)的。我們發(fā)現(xiàn),石墨烯和氮化硼的雙層結(jié)構(gòu)顯示在磁場下發(fā)生非常大的反應(yīng)。這樣的組合可以用于磁場傳感應(yīng)用!
相比于通常由硅和銻化銦制成的其他現(xiàn)有傳感器,該團隊的混合傳感器顯示出更高的磁場靈敏度。特別是,當在127攝氏度下(大多數(shù)電子產(chǎn)品操作的最高溫度)測定時,研究人員觀察到靈敏度的增益比先前實驗室報道的結(jié)果高八倍以上,并且超過市售傳感器的200倍。
這項研究的另一個突破是,發(fā)現(xiàn)石墨烯多層的流動性可以部分的通過調(diào)整傳感器上的電壓進行控制,使傳感器的特性得到優(yōu)化。這種控制賦予該材料優(yōu)于市售傳感器的特點。此外,該傳感器在室溫至127攝氏度的范圍內(nèi)表現(xiàn)出非常小的溫度依賴性,使其成為一種適合更高溫度環(huán)境的理想傳感器。
滿足行業(yè)需求
該磁阻傳感器產(chǎn)業(yè),2014年預(yù)計價值US$18億,預(yù)計到2020年將增長到US$29億,。石墨烯基磁阻傳感器跟現(xiàn)有傳感器相比,具有更大的前景,由于其隨溫度變化穩(wěn)定的性能,消除了對昂貴晶片或溫度校正電路的需要。石墨烯的生產(chǎn)成本也比硅和銻化銦低得多。
新傳感器的潛在應(yīng)用包括汽車工業(yè),目前在汽車中的傳感器,像流量計、位置傳感器和聯(lián)鎖裝置,主要由硅或銻化銦制成。例如,當車的空調(diào)或太陽的熱量導(dǎo)致溫度的變化,傳統(tǒng)的傳感器的屬性也發(fā)生改變。為了解決這個問題,一個溫度校正機構(gòu)是必需的,產(chǎn)生額外的生產(chǎn)成本。然而,使用該團隊的新混合傳感器,對制造傳感器的昂貴晶片和額外溫度校正電路系統(tǒng)的需要可以被消除。
“我們的傳感器極好的為磁阻市場的嚴峻挑戰(zhàn)做好準備,通過填補現(xiàn)有傳感器的性能缺口,并找到如熱敏開關(guān)、硬盤驅(qū)動器和磁場傳感器等應(yīng)用。我們的技術(shù)甚至可以用于柔性應(yīng)用,”楊教授副教授補充說。
該研究小組已經(jīng)申請了發(fā)明專利。隨著這項概念證明的研究,研究人員計劃擴大其研究范圍并制造工業(yè)用的工業(yè)尺寸晶圓。
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