完美形状拟合,二维纳米传感器意义突显

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完美形状拟合,二维纳米传感器意义突显

[原文来自:www.11jj.com]

美国莱斯大学工程师已开发出一种方法,可将完整的柔性二维电路从制造平台转移到曲面和其它光滑表面;这种电路能够与近场电磁波耦合,并为光纤和其它应用提供新一代传感技术(图片来源:Zehua Jin)

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假使有一款传感器能够成为其感知对象本身的一部分,将会怎样呢?美国莱斯大学(Rice University)的工程师相信其二维解决方案能够做到这一点。

据麦姆斯咨询报道,美国莱斯大学由材料科学家Pulickel Ajayan和Jun Lou领导的工程师团队已开发出一种方法,可制造出与器件无缝集成的原子平面(atom-flat)传感器,以报告它们感知到的信息。

自2004年将石墨烯引入材料界以来,电子有源二维材料一直是研究热点。尽管该材料经常宣称拥有强大的能量,但却很难实现在不破坏材料本身的情况下转移到其它地方。

Ajayan和Lou的团队在美国莱斯大学工程师Jacob Robinson的实验室中发明了一种新方法,来保存材料及其包括电极在内的相关电路,使其被移动到弯曲或其他光滑表面时保持完整。

他们将研究结果发表于美国化学学会期刊ACS Nano。


美国莱斯大学团队用金电极制作出10纳米厚的硒化铟光电探测器并将其置于光纤上,以此验证了这一概念。由于探测器与光纤的距离非常近,近场传感器可有效地耦合其倏逝场(悬浮在纤维表面的振荡电磁波),并准确地探测到光纤内部的信息流。

这样做的好处是,这些传感器可以嵌入到这样的光纤中,它们可在不增加重量或阻碍信号流的情况下监控光纤的性能。

“这篇论文提出了几种有趣的在实际应用中应用二维器件的可能性,”Lou认为。“例如,海底的光纤长达数千英里,如果出现问题,很难确切地知道问题发生在哪里。但如果把这些传感器放置在光纤中的不同位置,就能确切地找到损坏的光纤。”

Lou说,我们实验室已很擅长将不断增长的二维材料从一个表面转移到另一个表面,但添加电极和其它元件会使这一过程复杂化。

“想想晶体管,”Lou补充说,“晶体管有源极、漏极和栅极,还有介质(绝缘体),所有这些都必须完好无损地转移。由于所有材料都是不同的,因此这就是非常大的挑战。”

未加工的二维原料通常会在顶部铺一层聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,简称PMMA),即为俗称的有机玻璃,莱斯大学研究人员就是利用了该技术。但还需一个坚固的底层,这样不仅可以在移动过程中保持电路的完整,还可在器件连接到目标平面之前将其移除。(当电路到达目标平面时,PMMA也需要被移除。)

理想的解决方案为聚二甲基谷氨酰胺(PMGI),它可作为器件制备平台,同时在转移到目标平面前易蚀刻。

Lou介绍道:“我们花了相当长的时间来开发该牺牲层”。PMGI似乎适用于任何二维材料,研究人员已成功地使用二硒化钼和其它材料完成了该实验。

虽然到目前为止,莱斯实验室只开发了无源传感器,但研究人员相信,该技术将使有源传感器或器件应用于远程通信、生物传感、等离子体和其它应用成为可能。

美国莱斯大学研究生Zehua Jin是该论文的第一作者,合著者有莱斯大学研究生Fan Ye、Shuai Jia和Liangliang Dong,博士后研究员Xiang Zhang,莱斯校友Sidong Lei(目前是佐治亚州立大学(Georgia State University)的助理教授)以及莱斯大学材料科学和纳米工程研究教授Robert Vajtai。Ajayan为莱斯大学材料科学和纳米工程系的主任,Benjamin M.和Mary Greenwood Anderson是工程学教授和化学教授。Lou是材料科学和纳米工程教授。Robinson是电气和计算机工程的助理教授。

该研究由美国空军科研办公室(Air Force Office of Scientific Research)、韦尔奇基金会(Welch Foundation)、莱斯大学跨学科卓越奖(IDEA)和加速器纳米材料工程中心(FAME)共同资助,FAME属于由美国微电子高级研究公司(Microelectronics Advanced Research Corporation)与美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)出资的美国半导体技术先进研究网络(Semiconductor Technology Advanced Research Network)六大中心之一。

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麦姆斯咨询
联系人:彭琳
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