Watermoleculen verstoren de elektrische weerstand van grafeen, maar een team van Europese onderzoekers heeft ontdekt dat wanneer dit tweedimensionale materiaal wordt geïntegreerd met het metaal van een circuit, contactweerstand wordt niet aangetast door vochtigheid. Deze bevinding zal helpen om nieuwe sensoren te ontwikkelen met een aanzienlijke kostenbesparing.

De vele toepassingen van grafeen, een atomair dunne laag koolstofatomen met buitengewone geleidbaarheid en mechanische eigenschappen, onder meer de fabricage van sensoren. Deze zetten omgevingsparameters om in elektrische signalen die met een computer kunnen worden verwerkt en gemeten.

Door hun tweedimensionale structuur, op grafeen gebaseerde sensoren zijn extreem gevoelig en beloven goede prestaties tegen lage productiekosten in de komende jaren.

Om dit te behalen, grafeen moet efficiënte elektrische contacten maken wanneer het wordt geïntegreerd met een conventioneel elektronisch circuit. Dergelijke goede contacten zijn cruciaal in elke sensor en beïnvloeden de prestaties aanzienlijk.

Maar er ontstaat een probleem:grafeen is gevoelig voor vocht, aan de watermoleculen in de omringende lucht die op het oppervlak worden geadsorbeerd. H2O-moleculen veranderen de elektrische weerstand van dit koolstofmateriaal, die een vals signaal in de sensor introduceert.

Echter, Zweedse wetenschappers hebben ontdekt dat wanneer grafeen zich bindt aan het metaal van elektronische circuits, de contactweerstand (het deel van de totale weerstand van een materiaal als gevolg van onvolmaakt contact op het grensvlak) wordt niet beïnvloed door vocht.

"Dit zal het leven van sensorontwerpers gemakkelijker maken, omdat ze zich geen zorgen hoeven te maken over vocht dat de contacten beïnvloedt, alleen de invloed op het grafeen zelf, " legt Arne Quellmalz uit, een doctoraat student aan KTH Royal Institute of Technology (Zweden) en de hoofdonderzoeker van het onderzoek.

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift ACS toegepaste materialen en interfaces , is experimenteel uitgevoerd met behulp van grafeen samen met goudmetallisatie en silicasubstraten in teststructuren van transmissielijnmodellen, evenals computersimulaties.

"Door grafeen te combineren met conventionele elektronica, je kunt profiteren van zowel de unieke eigenschappen van grafeen als de lage kosten van conventionele geïntegreerde schakelingen", zegt Quellmalz, "Een manier om deze twee technologieën te combineren, is door het grafeen op afgewerkte elektronica te plaatsen, in plaats van het metaal op de grafeenplaat te deponeren."

Als onderdeel van het Europese CO2-DETECT-project, de auteurs passen deze nieuwe benadering toe om de eerste prototypes van op grafeen gebaseerde sensoren te maken. Specifieker, het doel is het meten van kooldioxide (CO ₂ ), het belangrijkste broeikasgas, door middel van optische detectie van mid-infrarood licht en tegen lagere kosten dan bij andere technologieën.