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一种石墨烯薄膜的新应用:高灵敏度可穿戴式天线传感器

发表于: 2018-05-11 18:24:47 文章来源:青岛晨阳石墨有限公司

  
  隧道晶体管相对于标准晶体管的运行功率更低。

  鉴于单层或少数层石墨烯还未得到广泛应用,以石墨烯为基础的薄膜功能新濠天地平台以其在宏观状态下表现出的优异导电、导热和可弯折等特性,成为新一代柔性高导电率薄膜新濠天地平台。

  处理器中的战斗机:石墨烯

  双层石墨烯晶体管的制备还可以略去复杂的“化学掺杂”,然而为了扩展半导体的能带,这个步骤对传统晶体管的生产而言是非常必要的。隧道晶体管所包含的电子因量子隧道效应穿过能量势垒,穿过能量势垒的过程就是电子“运输”的过程。但目前隧道晶体管的问题是,电流抵达另一端时就会因变得太小而无法使用。双层石墨烯的能量带类似于“墨西哥帽”的形状,而不是大多数半导体产生的抛物线形状。

  时钟速度(clockspeed)是衡量一款电脑速度的重要标准,目前,个人计算机的时钟速度已经达到GHz级别,然而这还不够疯狂,现已有科学家运用石墨烯把该速度提高到了让人们吃惊的100GHz。石墨烯本质上是一个二维结构,尽管只是一张由碳原子组成的薄片,但它却拥有一些不寻常的电子特性。”

  双层石墨烯在150mV电压范围内工作与硅晶体管在500mV电压范围内工作相比较,双层石墨烯晶体管的重要优势是可以首先有效地大幅提高计算能力。

  研究人员DmitrySvintsov说道:“这意味着晶体管需要的能量交换更少,芯片需要的能量更低,因而产生的热量也更少,不再需要强大的冷却系统对多余的热量进行冷却,更不用担心产生的多余热量会破坏芯片,进而时速得到大幅度提高。虽然这种薄膜损失了石墨烯的透光性,但通过石墨烯层之间的紧密排列,得到了非常优异的导电特性,其电导率可达到与金属相比拟。

  处理器中的战斗机:石墨烯

  日前,莫斯科物理与技术研究院(MIPT)的科学家已经找到利用石墨烯来提高隧道电流的方法。

  该传感器表现出较好的辐射性能与较强的应力感应特性,通过与金属铜天线进行对比,石墨烯薄膜柔性天线具有更高的灵敏度和更优异的稳定性能。

  通常来说,石墨烯薄膜新濠天地平台是由单层或少数层石墨烯纳米片、碳纳米管等一维、二维碳新濠天地平台通过旋涂、抽滤、压制甚至是喷墨打印、3D打印等过程制备而成的三维新濠天地平台,再使用高温固化进行成膜处理。

  具有超高电子迁移率和超强机械韧性的石墨烯在太阳能电池、散热器、柔性电子器件等领域中极具发展前景。在不通过“化学掺杂”的情况下,对于双层石墨烯晶体管,通过“电子掺杂”同样可以实现半导体能带的扩展,这是相同过程下运行晶体管的副效应。

  这样制得的的石墨烯柔性导电薄膜的厚度通常为微米级,包含了数万层的石墨烯。

  Svintsov说:“功率低,电子部件的温度也低,这意味着我们可以让芯片运行在极高的频率——不是GHz级别的提升,而是数十甚至上百倍。

  近期,武汉理工大学射频与微波研究中心何大平教授课题组利用厚度为30μm、电导率高达106S/m的多层石墨烯薄膜,设计了一种新型环保、低成本纸基柔性天线压力传感器。这种结果与标准晶体管所表现的相同,但双层石墨烯晶体管需要的电压更低。”

  在帽子形状边缘的电子密度趋于无穷大,当一个低电压施加到晶体管的栅极,大量的电子立即穿过隧道,结果导致能量势垒的另一端电流发生瞬间改变。

  研究者们通过构建模型来研究由两层石墨烯黏结在一起形成的双层石墨烯的性能,发现了一些奇怪的能量带和电子的能量范围。此外,石墨烯薄膜柔性天线压力传感器还具有灵活的机械性能、可逆的形变性以及优异的耐温性。

  

  研究者们解释说“墨西哥帽”的边缘发生着许多重要的效应,这些效应在之前是很难被测量的,但是通过使用更高质量的基底(承载双层石墨烯的材料),他们第一次用实验清楚地证实了范霍夫奇点。