科學家開發(fā)出新型高靈敏的石墨烯基混合磁傳感器

來源：賽斯維傳感器網 發(fā)表于 2015/11/11

　　新加坡國立大學（NUS）的研究人員已經開發(fā)出一種新型的混合磁傳感器，它比大多數的商用傳感器更靈敏。這一技術突破限制，開發(fā)出體積更小、更便宜的傳感器技術，可應用于多種領域，如消費電子、信息及通訊技術、生物技術和汽車。

　　本發(fā)明是由新加坡國立大學工程學院電子與計算機工程系副教授Yang Hyunsoo領導的，于2015年九月發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

　　廣泛需要的高性能磁傳感器

　　當外部磁場被施加到某些材料上，發(fā)生的電阻變化（也被稱為磁阻）是由于電子被偏轉。磁電阻的發(fā)現為硬盤驅動器和其他設備中使用的磁場傳感器打下來基礎，徹底改變了數據的存儲和讀取。

　　在尋找理想磁阻傳感器的時候，研究人員非�？粗貙Φ秃透叽艌龅母哽`敏度性能、可調性，以及隨溫度非常小的電阻變化。

　　由楊副教授領導的研究小組開發(fā)的新型混合傳感器終于滿足了這些要求，楊副教授也和新加坡國立大學納米科學與納米技術研究所（NUSNNI）和新加坡國立大學理學院的先進2D材料（CA2DM）中心進行了合作。這個跨學科研究小組的其他成員包括NUSNNI和CA2DM的Kalon Gopinadhan博士、Thirumalai Venkatesan教授、NUSNNI主任；、‘英國曼徹斯特大學Andre K.Geim教授’新加坡國立大學物理系教授及CA2DM主任Antonio H.Castro Neto。

　　比市售的傳感器靈敏200多倍

　　由石墨烯和氮化硼制成的新型傳感器，包括幾個層的載體移動通道，每一個都可以由磁場進行控制。研究人員在各種溫度下、磁場的角度下，以及不同的配對材料下，對新傳感器進行了表征。

　　Kalon博士說，“我們首先試圖了解石墨烯在磁場下是如何響應的。我們發(fā)現，石墨烯和氮化硼的雙層結構顯示在磁場下發(fā)生非常大的反應。這樣的組合可以用于磁場傳感應用�！�

　　相比于通常由硅和銻化銦制成的其他現有傳感器，該團隊的混合傳感器顯示出更高的磁場靈敏度。特別是，當在127攝氏度下（大多數電子產品操作的最高溫度）測定時，研究人員觀察到靈敏度的增益比先前實驗室報道的結果高八倍以上，并且超過市售傳感器的200倍。

　　這項研究的另一個突破是，發(fā)現石墨烯多層的流動性可以部分的通過調整傳感器上的電壓進行控制，使傳感器的特性得到優(yōu)化。這種控制賦予該材料優(yōu)于市售傳感器的特點。此外，該傳感器在室溫至127攝氏度的范圍內表現出非常小的溫度依賴性，使其成為一種適合更高溫度環(huán)境的理想傳感器。

　　滿足行業(yè)需求

　　該磁阻傳感器產業(yè)，2014年預計價值US$18億，預計到2020年將增長到US$29億,。石墨烯基磁阻傳感器跟現有傳感器相比，具有更大的前景，由于其隨溫度變化穩(wěn)定的性能，消除了對昂貴晶片或溫度校正電路的需要。石墨烯的生產成本也比硅和銻化銦低得多。

　　新傳感器的潛在應用包括汽車工業(yè)，目前在汽車中的傳感器，像流量計、位置傳感器和聯鎖裝置，主要由硅或銻化銦制成。例如，當車的空調或太陽的熱量導致溫度的變化，傳統(tǒng)的傳感器的屬性也發(fā)生改變。為了解決這個問題，一個溫度校正機構是必需的，產生額外的生產成本。然而，使用該團隊的新混合傳感器，對制造傳感器的昂貴晶片和額外溫度校正電路系統(tǒng)的需要可以被消除。

　　“我們的傳感器極好的為磁阻市場的嚴峻挑戰(zhàn)做好準備，通過填補現有傳感器的性能缺口，并找到如熱敏開關、硬盤驅動器和磁場傳感器等應用。我們的技術甚至可以用于柔性應用，”楊教授副教授補充說。

　　該研究小組已經申請了發(fā)明專利。隨著這項概念證明的研究，研究人員計劃擴大其研究范圍并制造工業(yè)用的工業(yè)尺寸晶圓。

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