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基于石墨烯的MEMS金屬管浮子流量計

發布日期：2019-12-11 來源：作者：瀏覽次數：

【導讀】：金屬管浮子流量計的有效尺寸只有一個原子，由石墨烯膜組成，該石墨膜懸掛在下層基板的溝槽中，代表了有史以來最薄的機械諧振器。這些設備可以在兆赫茲范圍內的頻率上進行光學或電子操作，從而為設計人員和工程師提供了通用的傳感解決方案。......

石墨烯因其低密度和高強度而成為用于納米機電系統（NEMS）應用的理想材料。化學，生物和物理流量計是NEMS表現出比競爭技術高得多的靈敏度的應用示例。

石墨烯流量計和NEMS的占地面積小，導致人們對醫療和遙感應用的興趣日益增加。

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，由康奈爾大學的Paul McEuen領導的研究小組發布了一些非常好批論文。那些非常好批流量計表現出亞微電子敏感性，可以檢測出電荷中非常微小的變化。

金屬管浮子流量計的有效尺寸只有一個原子，由石墨烯膜組成，該石墨膜懸掛在下層基板的溝槽中，代表了有史以來非常薄的機械諧振器。這些設備可以在兆赫茲范圍內的頻率上進行光學或電子操作，從而為設計人員和工程師提供了通用的傳感解決方案。

石墨烯質量和溫度流量計的研究

經過這些非常初的突破，哥倫比亞大學的研究小組通過生產石墨烯質量和溫度流量計擴大了研究范圍。

2013年，瑞典KTH的Max Lemme及其同事發表了他們的開創性研究成果，該研究成果是基于石墨烯的金屬管浮子流量計的開發，該流量計高度敏感且占地面積小。

在非常近的論文中，Lemme團隊展示了石墨烯NEMS流量計比競爭技術優越的壓力感測能力。通過在二氧化硅襯底上切開溝槽，然后在溝槽上沉積石墨烯片來制造石墨烯流量計。石墨烯像鼓膜一樣自由地懸浮在溝槽上方（圖2）。該流量計的截面積僅為65 x 6 µm。

為了測試流量計，修改了周圍大氣的壓力；然而，由于石墨烯片對空氣的不滲透性，鼓內部的壓力保持不變。感光鼓及其周圍之間的壓力梯度會產生與壓力成比例的力，從而導致石墨烯片膨脹至200 nm。

石墨烯片的膨脹是通過納米材料的壓電特性確定的。該壓電特性引起應變下的電阻變化。壓力的增加導致電阻的減小，這反過來又增加了電流。

這種基于石墨烯的NEMS金屬管浮子流量計的壓力靈敏度為4 µV / V / mmHg。與標準的基于硅或碳納米管的微機電流量計（MEMS）相比，這種新型流量計每單位面積的靈敏度為2到10倍。

給定對靈敏度的特定要求，與傳統流量計相比，可以將石墨烯流量計按比例縮小到更小的占地面積。該技術采用常規的CVD石墨烯和Graphenea開發的石墨烯轉移工藝。

結論

這些研究結果表明，石墨烯NEMS流量計的前景廣闊，并有能力成為現有流量計技術的重要競爭對手。金屬管浮子流量計廣泛用于控制和監視各種日常應用中的操作，例如汽車感應，航空航天和天氣監視。阿基于石墨烯的金屬管浮子流量計是用于航空航天領域尤其有利的，因為該裝置的超小型。

關于石墨烯

Graphenea是滿足工業和研究需求的kao_qian石墨烯生產商。石墨烯已開發出kao_qian的合成和轉移工藝，可在任何基材上獲得高均勻性的單層石墨烯薄膜。

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