اندازه‌گیری دقیق فشار با بهره‌گیری از گرافن در دانشگاه تهران

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد ویژه توسعه نانو، گرافن به دلیل خواص عالی مکانیکی، الکترونیکی، فیزیکی و حرارتی‌اش توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. از خواص خوب مکانیکی این ماده می‌توان به استحکام در برابر شکست بسیار بالا و انعطاف‌پذیری 20 درصدی آن اشاره کرد. این خواص موجب شده گرافن به‌عنوان یکی از مواد پایه مورد استفاده در سیستم‌های الکترومکانیکی از جمله حسگرهای فشار معرفی شود.

دکتر نیره قبادی هدف از انجام این پژوهش را طراحی و انجام محاسبات نظری مربوط به یک حسگر فشار با حساسیت بالا با استفاده از نانوصفحات گرافن و نیترید بور عنوان کرد.

وی در ادامه افزود: «این حسگر می‌تواند از حساسیت و رنج کاری به‌مراتب بالاتری نسبت به حسگرهای گرافنی مرسوم برخوردار باشد. همچنین فرایند ساخت این حسگرها بسیار ساده است و ابعاد این حسگر در مقیاس نانومتری خواهد بود».

اساس این حسگر بر ترکیب دو ماده دوبعدی با ضخامت صفحات نانومتری بنا نهاده شده است. بدین‌ صورت که بین دو صفحه گرافن صفحات نیترید بور قرار داده می‌شود. اعمال فشار به صفحه گرافن بالایی موجب تغییرات فاصله بین صفحات نیترید بور و در نتیجه تغییر جریان تونل زنی حامل‌ها بین صفحات نیترید بور می شود. تغییر جریان به دلیل همین تغییرات فاصله به‌صورت نمایی خواهد بود و می‌تواند معیاری برای سنجش فشار به حساب آید.

نتایج محاسبات نظری و مدل‌سازی بیانگر این است که رنج کاری خطی این حسگر می‌تواند به 30 گیگاهرتز برسد که بسیار بزرگ‌تر از رنج کاری حسگرهای پیزومقاومتی است. همچنین حساسیت این حسگر به حدود 1300 pA/A/Pa خواهد رسید.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر نیره قبادی، عضو هیئت علمی دانشگاه زنجان و دکتر مهدی پورفتح، عضو هیئت علمی دانشگاه تهران است.