新的石墨烯传感器测量高真空压力

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来自韩国的研究人员创造了一种石墨烯纳米带传感器,可以测量高真空压力。

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研究人员采用化学剥离方法,从多壁碳纳米管,硫酸和磷酸的组合中合成了石墨烯纳米带(不同尺寸和化学成分)的混合物。结果是几种石墨烯纳米带的混合物,将其分离和纯化,准备用于器件实施和测试。研究人员还通过改进的Hummers方法合成了氧化石墨烯,用作参考材料。

使用不同的石墨烯纳米带薄片制造不同的器件,并且用石墨烯氧化物制造一个用于比较。使用肼使石墨烯纳米带溶解并插入置于氧化铟锡(ITO)电极内的孔中。然后将ITO-石墨烯传感器电极耦合到真空室中的四点探针。通过校准的电容器量规调节真空压力,并且在整个压力泄漏和升高中测量传感器装置内的薄层电阻和石墨烯纳米带的活性。

传感器装置的薄层电阻随着压力的降低而降低,直到压力达到1到10托之间。压力降低超过这导致石墨烯片的电学行为的变化,并且具体变化在很大程度上取决于周围环境的温度。在约30℃的温度下,还发现薄层电阻降低,而在约100℃的温度下,发现薄层电阻增加。

本文还通过基于范德瓦尔斯吸引化学的假设解释了薄层电阻相对于大气温度的变化。该假设指出,范德瓦尔斯力的局部效应在石墨烯片之间产生较短的距离,这是由于片中碳簇的吸引力具有比其振动力和弹性力的总和小的值。

较短的片材距离被认为是薄层电阻降低的直接原因,并且在其XRD分析中通过实验验证。另一方面,还发现薄层电阻的增加是碳簇局部距离缩短的直接结果。

石墨烯传感器对高真空内压力变化的响应很快并且具有几秒的响应。通过为可检测的气体分子提供更短的扩散路径,石墨烯纳米带减少了响应时间(与参考相比)。

还发现传感器的灵敏度是含有还原氧化石墨烯的装置以及其他常见压力传感器的三倍。传感器还可以检测真空压力高达8x10-7 Torr的变化。

研究人员表示,该传感器还可以读取高真空压力并具有高压力冲击耐久性,现在提供了一种测量压力变化的新方法,同时开辟了潜在传感器研究的新领域。


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