211service.com
Grafeno nanomašinų kūrimas praktiškai
Daugelis šiuolaikinių plataus vartojimo elektronikos gaminių priklauso nuo mikroskopinių mašinų. Šie maži įrenginiai yra išmaniųjų telefonų judesio jutikliuose, rašalinėse spausdinimo galvutėse ir jungikliuose, kurie suaktyvina kai kuriuos ekrano pikselius, kad būtų galima paminėti tik keletą komponentų.
Mašinų gamyba: Skaidrus grafeno lapas yra ištemptas ant šios silicio plokštelės paviršiaus. Grafenas gali svyruoti per apačioje esančiame silicyje esančias skylutes, veikdamas kaip nanomechaninis įtaisas, vadinamas rezonatoriumi.
Šias elektromechanines mašinas sumažinus iki nanoskalės būtų galima sukurti naujus įrenginius, tokius kaip ypač jautrūs cheminiai jutikliai, neįtikėtinai tikslūs akselerometrai ir itin greiti integrinių grandynų jungikliai. Svarbiu žingsniu siekiant šio tikslo Kornelio universiteto mokslininkai, naudodami grafeną, sukūrė didelius nanoskalės rezonatorių masyvus.
Atomo plonumo anglies forma, vadinama grafenu, yra viena iš perspektyviausių medžiagų nanoelektromechaninėms sistemoms (NEMS) gaminti. Grafenas yra stipriausia žinoma medžiaga ir laidiausia elektrai. Grafeno atomo plonumo dydis reiškia, kad jis taip pat yra neįtikėtinai lengvas ir gali judėti labai greitai. Kornelio fizikos profesorius Paulas McEuenas teigia, kad grafenas gali būti naudojamas daugybei nanoįrenginių su įranga, sukurta silicio lustams ėsdinti ant plokščių plokštelių. Tačiau sukurti mechanines nanomašinas iš grafeno yra sudėtinga, o dauguma iki šiol sukurtų prietaisų buvo vienkartiniai.
McEuenas ir kolega Kornelio profesorius Haroldas Craigheadas dabar parodė, kad jie gali pagaminti grafeno nanoįtaisus, vadinamus rezonatoriais, ant silicio plokštelės paviršiaus. Kiekvienas rezonatorius pagamintas iš grafeno plėvelės, kuri svyruoja pirmyn ir atgal, kaip batutas, judantis aukštyn ir žemyn, reaguodamas į jo paviršių arba elektrinį lauką veikiančią mechaninę jėgą.
Kornelio grupė pirmą kartą išgraviravo griovius į silicio plokštelės paviršių. Tada jie apliejo vaflį grafeno plėvele, išauginta ant vario. Grafenas prilimpa prie silicio plokštelės paviršiaus kaip plastikinė lipni plėvelė. Tyrėjai galiausiai prideda elektrinius kontaktus prie grafeno, kad užbaigtų rezonatorius. Darbas aprašytas internete žurnale Nano raidės .
Gaminame daug identiškų rezonatorių, o tai rodo perėjimą nuo laboratorinio eksperimento prie technologijos, sako McEuenas. Ankstesni tokio masto nanorezonatoriai buvo arba daug storesni ir mažiau jautrūs, arba turėjo būti gaminami po vieną. Dvi pagrindinės kliūtys diegti nanoįrenginius yra mastelio padidinimas ir atkuriamumas, sakoma Aleksas Zettlas , Kalifornijos universiteto Berklio fizikos profesorius. „Zettl“ pagamino panašius įrenginius iš anglies nanovamzdelių, įskaitant radiją, pagamintą iš vieno anglies nanovamzdelio. Naudojant vieno sluoksnio grafeną, vienu kadru galima pagaminti daug įrenginių, kurių našumas panašus, sako Zettl.
Grafeno nanorezonatoriai gali pagaminti labai jautrius cheminius detektorius arba akselerometrus. Pakabinamos grafeno plėvelės dramatiškai reaguoja, kai pridedamas bet koks svoris - net tik molekulė ar atomas. Jis labai stipriai susieja su išoriniu pasauliu, todėl yra geras jutiklis, sako McEuenas.
Rodas Ruoffas , Teksaso universiteto Ostine mechanikos inžinerijos profesorius, Cornell grupės naudojamos grafeno augimo ir perkėlimo technikos pradininkas, teigia, kad šis darbas rodo, kad tokio tipo grafenas gerai veikia nanomechaninėse sistemose. Tačiau Ruoffas sako, kad mato, ką galima pagerinti rezonatorių veikime.
Kornelio tyrėjai dabar siekia, kad grafeno rezonatoriai pasiektų maksimalias našumo ribas. Kristalinė grafeno struktūra, lemianti jo stiprumą ir elektrinį laidumą, iki šiol gamintuose Kornelio įrenginiuose nėra tobula.
Mokslininkai taip pat tikisi pasinaudoti kvantiniais efektais, atsirandančiais nanoskalėje. Tai gali pagerinti jų jautrumą, sako McEuenas.