研究人员利用“白色石墨烯”制造了微型传感器
2017-06-30 10:17:50
作者：本网整理 来源：材料科技在线
图片来源：代尔夫特理工大学
荷兰代尔夫特理工大学（TU Delft）的研究人员通过与英国剑桥大学的一个团队进行合作，发现了一种以可扩展的方式来制造和清洁小型机械传感器的方法。他们通过在硅衬底的小孔上放置片状的六方氮化硼（h-BN）或“白色石墨烯”来达到制造这种传感器的目的。这种新型的制造方法为未来的电子产品使用微型气体和压力传感器创造了可能。
与石墨相类似，六方氮化硼（h-BN）也是一种具有蜂窝状晶格结构的材料。但石墨具有良好的导电性能，而六方氮化硼（h-BN）则是绝缘体。这种对电不敏感的性能使六方氮化硼（h-BN）成为了高端润滑剂的首选材料，特别是在对绝缘性能要求较高的工业方面应用广泛。由于六方氮化硼（h-BN）具有比石墨更加稳定的化学性能和热学性能，因此它能够在比较恶劣的环境下正常工作，比如可以在具有强紫外线的空间中进行应用。
结合力
虽然片状石墨烯的层片可以用粘性胶带从石墨中剥离，但如果想要得到单层的六方氮化硼（h-BN）却困难得多。之所以会造成这样的结果，是由于组成六方氮化硼（h-BN）的层片之间是彼此粘附在一起的，而且这种结合力比石墨等材料的强得多。因此，迄今为止只有很少的一部分研究人员对片状六方氮化硼（h-BN）的性质进行了研究。本文主要作者圣地亚哥？卡塔米尔 - 布埃诺（Santiago J. Cartamil-Bueno）说：“世界上只有两到三个机构可以生产单一的片状白色石墨层，而剑桥大学便是其中之一。多亏了与剑桥大学的有效合作，我们这个项目才得以成功。”
通过使用化学气相沉积技术，剑桥大学的研究人员在一块铁箔上获得了只有一个原子厚度的六方氮化硼（h-BN）薄片，或者称之为“白色石墨烯”，然后他们把这层材料邮寄到了荷兰的代尔夫特理工大学（TU Delft）。在那里，代尔夫特的研究人员通过一系列步骤，将透明的白色石墨烯片转移到了含有微小圆形腔的硅基板上，从而制造了一种微观的“鼓”。这些“鼓”可以用作机械谐振器，例如可以制成手机中的微型气体或压力传感器。
谐振器的处理
尽管制造六方氮化硼（h-BN）谐振器本身就是一个重大的挑战，但这个项目又提出了另一个更大的难题。将单原子片转移到硅衬底上是制造过程中不可或缺的一个步骤，在这个转移过程中，谐振器会被许多聚合物所污染。由于污染会改变传感器的性质，结果就是所有传感器的行为可能略有不同，因此在制备过程中一般不愿出现这种污染物。“然而，为了在市场上超越正常的传感器，所有传感器都以完全相同的方式运行显得至关重要。”Cartamil-Bueno解释说。
代尔夫特的研究人员发现了一种解决方案：他们利用臭氧气体设法对谐振器进行处理。这种侵蚀性气体可以除去所有的有机聚合物。然而，具有无机组分的聚合物PMMA会在谐振器上留下痕迹。Cartamil-Bueno表示：“幸运的是，这个问题可以通过使用有机基材，在将白色石墨片转移到空腔上的同时进行解决。”因此，可以说，代尔夫特的研究人员为未来电子设备领域制造出令人难以置信的微型传感器提供了理论证明。
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