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國內(nèi)團隊成功研發(fā)石墨烯溫度流量一體化傳感器
國內(nèi)科研人員成功研發(fā)了基于石墨稀材料的大量程、高精度的流量、溫度傳感器,有望在熱力系統(tǒng)進行規(guī)模應用。
近日,清華大學朱宏偉教授團隊和北京華大智寶電子系統(tǒng)有限公司合作開發(fā)出石墨烯溫度流量一體化傳感器件。他們針對熱力系統(tǒng)檢測用流量、溫度傳感器的應用需求,通過對石墨烯傳感的作用與規(guī)律研究,突破石墨烯材料在熱量表流量計應用的關鍵技術,開發(fā)熱力系統(tǒng)檢測用石墨烯流量、溫度傳感器件,解決了現(xiàn)有傳感器表面結(jié)垢、功耗高等問題,形成了批量制備能力,有望在熱力系統(tǒng)進行規(guī)模應用。
該團隊完成了石墨烯晶片形狀、尺寸、表/界面狀態(tài)對傳感性能調(diào)制研究,通過基于石墨稀材料的傳感工藝結(jié)構(gòu)設計,開發(fā)了大量程、高精度的流量、溫度傳感器。流量傳感器元件測量范圍達到0.01~6m3/h,測量精度達到0.005m3/h;溫度傳感器元件測量范圍達到0~100℃,測量精度達到0.02℃。
在石墨烯流量、溫度傳感材料基礎上,同時開展了兩項拓展研究:1)提出了一種實現(xiàn)高靈敏柔性應變傳感的新思路,通過石墨烯與超彈超薄高分子材料復合構(gòu)建了一類基于柔性傳感器原型器件,開發(fā)了面向可穿戴裝備的傳感器的制造方法和工藝,在應變、壓阻、扭轉(zhuǎn)、揮發(fā)性有機物、聲波等幾個典型傳感應用上進行了探索,并可探測脈搏、語音等微弱生理信號,有望應用于移動醫(yī)療、可穿戴式設備等領域;2)研究了水在石墨烯層片孔中的擴散特性,開發(fā)了一種同位素標記法,揭示了水分子在石墨烯中的擴散系數(shù)比微孔濾膜中微米尺寸通道的擴散系數(shù)高4~5個數(shù)量級,證明了水分子可超快速傳輸,為基于石墨烯的傳質(zhì)特性研究奠定了基礎,并在快速過濾與分離領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。
相關研發(fā)成果已發(fā)表SCI收錄論文15篇,申請國家發(fā)明5項,獲授權實用新型1項。所制備的六種傳感器發(fā)表在ACSNano、Adv.Funct.Mater.、Small、NanoRes.、Appl.Phys.Lett.、Chem.Commun.等期刊上,并被學術媒體Nanowerk、Graphene-Info和MaterialsViewsWiley做為研究亮點報道,被評價為“…全新的傳感機制、石墨烯的高性能應用…”,“石墨烯的機電效應結(jié)合其它特性…促進了在高靈敏傳感中的應用,…這些傳感器的潛在用途包括柔性顯示、智能服裝、電子皮膚、體外診斷等,在可穿戴健康檢測類設備上有較大的應用空間”。