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研究人員利用“白色石墨烯”制造了微型傳感器

2017-06-30 10:17:50 作者：本網整理來源：材料科技在線分享至：

圖片來源：代爾夫特理工大學

荷蘭代爾夫特理工大學（TU Delft）的研究人員通過與英國劍橋大學的一個團隊進行合作，發現了一種以可擴展的方式來制造和清潔小型機械傳感器的方法。他們通過在硅襯底的小孔上放置片狀的六方氮化硼（h-BN）或“白色石墨烯”來達到制造這種傳感器的目的。這種新型的制造方法為未來的電子產品使用微型氣體和壓力傳感器創造了可能。

與石墨相類似，六方氮化硼（h-BN）也是一種具有蜂窩狀晶格結構的材料。但石墨具有良好的導電性能，而六方氮化硼（h-BN）則是絕緣體。這種對電不敏感的性能使六方氮化硼（h-BN）成為了高端潤滑劑的首選材料，特別是在對絕緣性能要求較高的工業方面應用廣泛。由于六方氮化硼（h-BN）具有比石墨更加穩定的化學性能和熱學性能，因此它能夠在比較惡劣的環境下正常工作，比如可以在具有強紫外線的空間中進行應用。

結合力

雖然片狀石墨烯的層片可以用粘性膠帶從石墨中剝離，但如果想要得到單層的六方氮化硼（h-BN）卻困難得多。之所以會造成這樣的結果，是由于組成六方氮化硼（h-BN）的層片之間是彼此粘附在一起的，而且這種結合力比石墨等材料的強得多。因此，迄今為止只有很少的一部分研究人員對片狀六方氮化硼（h-BN）的性質進行了研究。本文主要作者圣地亞哥？卡塔米爾 - 布埃諾（Santiago J. Cartamil-Bueno）說：“世界上只有兩到三個機構可以生產單一的片狀白色石墨層，而劍橋大學便是其中之一。多虧了與劍橋大學的有效合作，我們這個項目才得以成功。”

通過使用化學氣相沉積技術，劍橋大學的研究人員在一塊鐵箔上獲得了只有一個原子厚度的六方氮化硼（h-BN）薄片，或者稱之為“白色石墨烯”，然后他們把這層材料郵寄到了荷蘭的代爾夫特理工大學（TU Delft）。在那里，代爾夫特的研究人員通過一系列步驟，將透明的白色石墨烯片轉移到了含有微小圓形腔的硅基板上，從而制造了一種微觀的“鼓”。這些“鼓”可以用作機械諧振器，例如可以制成手機中的微型氣體或壓力傳感器。

諧振器的處理

盡管制造六方氮化硼（h-BN）諧振器本身就是一個重大的挑戰，但這個項目又提出了另一個更大的難題。將單原子片轉移到硅襯底上是制造過程中不可或缺的一個步驟，在這個轉移過程中，諧振器會被許多聚合物所污染。由于污染會改變傳感器的性質，結果就是所有傳感器的行為可能略有不同，因此在制備過程中一般不愿出現這種污染物。“然而，為了在市場上超越正常的傳感器，所有傳感器都以完全相同的方式運行顯得至關重要。”Cartamil-Bueno解釋說。

代爾夫特的研究人員發現了一種解決方案：他們利用臭氧氣體設法對諧振器進行處理。這種侵蝕性氣體可以除去所有的有機聚合物。然而，具有無機組分的聚合物PMMA會在諧振器上留下痕跡。Cartamil-Bueno表示：“幸運的是，這個問題可以通過使用有機基材，在將白色石墨片轉移到空腔上的同時進行解決。”因此，可以說，代爾夫特的研究人員為未來電子設備領域制造出令人難以置信的微型傳感器提供了理論證明。

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責任編輯：殷鵬飛

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