211service.com
Grafēna nanomašīnu izgatavošana praktiski
Daudzas mūsdienu plaša patēriņa elektronikas ierīces balstās uz mikroskopiskām iekārtām. Šīs mazās ierīces ir atrodamas viedtālruņu kustības sensoros, tintes drukas galviņās un slēdžos, kas aktivizē dažus displeja pikseļus, lai nosauktu tikai dažus komponentus.
Mašīnu izgatavošana: Virs šīs silīcija vafeles virsmas ir izstiepta caurspīdīga grafēna loksne. Grafēns var svārstīties pa caurumiem zemāk esošajā silīcijā, darbojoties kā nanomehāniska ierīce, ko sauc par rezonatoru.
Šo elektromehānisko mašīnu samazināšana līdz nanomērogam ļautu radīt jaunas ierīces, piemēram, ārkārtīgi jutīgus ķīmiskos sensorus, neticami precīzus akselerometrus un īpaši ātrus integrēto shēmu slēdžus. Svarīgs solis ceļā uz šo mērķi Kornela universitātes pētnieki ir izveidojuši lielus nanomēroga rezonatoru blokus, izmantojot grafēnu.
Atomu plānā oglekļa forma, ko sauc par grafēnu, ir viens no daudzsološākajiem materiāliem nanoelektromehānisko sistēmu (NEMS) izgatavošanai. Grafēns ir spēcīgākais zināmais materiāls un elektriski vadošākais. Grafēna atomu plānais izmērs nozīmē, ka tas ir arī neticami viegls un var pārvietoties ļoti ātri. Kornela fizikas profesors Pols Makjūens saka, ka grafēnu var izmantot, lai izveidotu lielu skaitu nanoierīču ar aprīkojumu, kas izstrādāts silīcija mikroshēmu kodināšanai uz plakanām plāksnēm. Taču mehānisko nanomašīnu konstruēšana no grafēna ir sarežģīta, un lielākā daļa līdz šim izveidoto ierīču ir bijušas vienreizējas.
Makjūens un kolēģis Kornela profesors Harolds Kreigheds tagad ir parādījuši, ka tie var izgatavot grafēna nanoierīces, ko sauc par rezonatoriem uz silīcija vafeles virsmas. Katrs rezonators ir izgatavots no grafēna plēves, kas svārstās uz priekšu un atpakaļ, piemēram, batuts, kas kustas uz augšu un uz leju, reaģējot uz mehānisku spēku, kas tiek pielikts tā virsmai vai elektriskajam laukam.
Kornela grupa vispirms iegravēja tranšejas silīcija vafeles virsmā. Pēc tam viņi pārklāja vafeles ar grafēna plēvi, kas izaudzēta uz vara. Grafēns pielīp pie silīcija vafeles virsmas tāpat kā plastmasas plēve. Pētnieki beidzot pievieno grafēnam elektriskos kontaktus, lai pabeigtu rezonatorus. Darbs ir aprakstīts tiešsaistē žurnālā Nano burti .
Mēs izgatavojam lielu skaitu identisku rezonatoru, kas parāda pāreju no laboratorijas eksperimenta uz tehnoloģiju, saka Makjūens. Iepriekšējie nanorezonatori, kas izgatavoti šādā mērogā, bija vai nu daudz biezāki un mazāk jutīgi, vai arī tie bija jāizgatavo pa vienam. Divi galvenie šķēršļi nanoierīču ieviešanā ir mērogošanas palielināšana un veiktspējas reproducējamība, saka Alekss Zetls , fizikas profesors Kalifornijas Universitātē Bērklijā. Zettl ir izgatavojis līdzīgas ierīces no oglekļa nanocaurulēm, tostarp radio, kas izgatavots no vienas oglekļa nanocaurules. Viena slāņa grafēna izmantošana ļauj vienā kadrā izgatavot daudzas ierīces ar līdzīgu veiktspēju, saka Zettls.
Grafēna nanorezonatori varētu izgatavot ļoti jutīgus ķīmiskos detektorus vai akselerometrus. Uzkarinātās grafēna plēves dramatiski reaģē, kad tiek pievienots jebkāds svars - pat tikai molekula vai atoms. Tas ir ļoti cieši saistīts ar ārpasauli, kas nodrošina labu sensoru, saka Makjūens.
Rods Rūfs , mašīnbūves profesors Teksasas Universitātē Ostinā, kurš bija Kornela grupas izmantotās grafēna augšanas un pārneses tehnikas aizsācējs, saka, ka šis darbs pierāda, ka šāda veida grafēns labi darbojas nanomehāniskajās sistēmās. Taču Rūfs saka, ka redz iespēju uzlabot rezonatoru veiktspēju.
Kornela pētnieki tagad strādā, lai sasniegtu grafēna rezonatoru galīgās veiktspējas robežas. Grafēna kristāliskā struktūra, kas nosaka tā stiprību un elektrovadītspēju, līdz šim ražotajās Kornela ierīcēs nav ideāla.
Pētnieki arī cer izmantot kvantu efektus, kas rodas nanomērogā. Tas varētu uzlabot viņu jutīgumu, saka McEuen.