مدارهای الکتریکی گرافنی ضدآب

مولکول‌های آب، مقاومت الکتریکی گرافن را از حالت عادی خود خارج می‌کنند، اما یک گروه از محققان به این نکته دست یافتند که زمانی که این ماده‌ی دوبعدی با فلز یک مدار، تجمیع می‌شود، مقاومت تماسی به وسیله رطوبت تضعیف نمی‌گردد. این دستاورد می‌تواند به گسترش حسگرهای جدید با کاهش چشمگیر هزینه‌ها کمک کند.

  مولکول‌های آب، مقاومت الکتریکی گرافن را از حالت عادی خود خارج می‌کنند، اما یک گروه از محققان اروپایی به این نکته دست یافتند که زمانی که این ماده‌ی دوبعدی با فلز یک مدار، تجمیع می‌شود، مقاومت تماسی به وسیله رطوبت تضعیف نمی‌گردد. این دستاورد می‌تواند به گسترش حسگرهای جدید با کاهش چشمگیر هزینه‌ها کمک کند.
از کاربردهای متعدد گرافن، می‌توان به لایه‌های نازک اتمی اتم‌های کربن با خواص فوق‌العاده رسانشی و مکانیکی که شامل تولید حسگرها نیز می‌شود، اشاره کرد. پارامترهای متغیر محیطی در سیگنال‌های الکتریکی می‌توانند به وسیله رایانه پردازش و اندازه‌گیری شوند.
با توجه به ساختار دوبعدی گرافن، حسگرهای برپایه گرافن بسیار حساس‌اند و می‌توانند نویدبخش عملکرد خوب با هزینه تولید پایین در سال‌های آتی باشند.
برای دستیابی به این موضوع، گرافن نیاز به ایجاد یک تماس الکتریکی موثر، زمانی که با یک مدار الکتریکی معمولی تجمیع می‌شود، دارد. چنین تماس‌های مناسبی در هر حسگری بسیار حائذ اهمیت است و به طور قابل توجهی عملکرد آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
مشکلی که در این میان به وجود می‌آید این است که گرافن حساس به رطوبت موجود در مولکول‌های آب هوای اطراف است که بر روی سطح آن جذب می‌شوند. مولکول‌های H2O مقاومت الکتریکی این مواد کربنی را با ایجاد یک سیگنال ساختگی در حسگر، تغییر می‌دهند.
از طرفی دانشمندان سوئدی دریافتند هنگامی که گرافن به فلز مدارهای الکترونیکی متصل می‌شود، مقاومت تماسی(بخشی از مقاومت کلی مواد به علت تماس ناقص در سطح) تحت تاثیر رطوبت قرار نمی گیرند.

شماتیکی از یک دستگاه گرافنی که با جذب مولکول‌های آب بر روی سطح، مقاومت تماسی آن تغییر نکرده است
شماتیکی از یک دستگاه گرافنی که با جذب مولکول‌های آب بر روی سطح، مقاومت تماسی آن تغییر نکرده است
6

  آرن کولمالز، دانشجوی دکترا در موسسه فناوری سلطنتی KTH سوئد و محقق اصلی این تحقیق در این باره می‌گوید: این کار باعث می‌شود طراحان حسگرها زندگی راحت‌تری داشته باشند، زیرا دیگر نگران اثرات رطوبت بر روی تماس نیستند و این امر تنها بر روی خود گرافن تاثیر می‌گذارد.
این مطالعه که در ژورنال ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده است، با استفاده از گرافن همراه با فلزکاری طلا و زیرساخت‌های سیلیس در ساختارهای آزمون مدل خط انتقال، مطابق شبیه‌ سازی‌های رایانه‌ای به صورت تجربی به انجام رسیده است.
کولماز می‌گوید: با ترکیب گرافن با الکترونیک‌های متعارف، می‌توانید از ویژگی‌های منحصر بفرد گرافن با هزینه پایین مدارهای مجتمع معمول استفاده کنید. وی همچنین افزود: یکی از راه‌های ترکیب این دو تکنولوژی این است که گرافن را بر روی الکترونیک‌های تمام شده قرار دهیم،‌ نه اینکه فلز را بر روی لایه‌های گرافن جایگذاری کنیم.
به عنوان بخشی از پروژه اروپایی CO2-DETECT، نویسندگان،‌ این رویکرد جدید را برای ایجاد اولین نمونه‌های حسگرهای مبتنی بر گرافن به کار می‌برند. به صورت ویژه، هدف از این کار، اندازه‌گیری کربن دی اکسید(CO2) – از اصلی‌ترین گازهای گلخانه‌ای – به وسیله تشخیص نوری مادون قرمز و هزینه‌های پایین‌تر آن نسبت به سایر فناوری‌ها می‌باشد.
علاوه بر موسسه فناوری سلطنتی KTH، شرکت SenseAir AB سوئد،‌ شرکت Amo Gmbh از آلمان و همچنین موسسه نانوتکنولوژی کاتالان (ICN) از بارسلونا نیز در پروژه CO2-DETECT مشارکت دارند.
ترجمه: سیدسجاد میرفائقی

محصولات مرتبط

فهرست