In wat een doorbraak zou kunnen zijn voor lichaamssensoren en navigatietechnologieën, onderzoekers van KTH hebben de kleinste versnellingsmeter ontwikkeld die tot nu toe is gerapporteerd, met behulp van het zeer geleidende nanomateriaal, grafeen.

Elke voorbijgaande dag, nanotechnologie en het potentieel voor grafeenmateriaal maken nieuwe vooruitgang. De laatste stap voorwaarts is een kleine versnellingsmeter gemaakt met grafeen door een internationaal onderzoeksteam waarbij KTH Royal Institute of Technology betrokken is, RWTH Universiteit van Aken en onderzoeksinstituut AMO GmbH, Aken.

Denkbare toepassingen zijn onder meer monitoringsystemen voor hart- en vaatziekten en ultragevoelige draagbare en draagbare motion-capture-technologieën.

Decennialang vormen micro-elektromechanische systemen (MEMS) de basis voor nieuwe innovaties in, bijvoorbeeld, medische technologie. Nu beginnen deze systemen naar het volgende niveau te gaan:nano-elektromechanische systemen, of NEM.

Xuge-fan, een onderzoeker bij de afdeling Micro- en Nanosystemen van KTH, zegt dat de unieke materiaaleigenschappen van grafeen hen in staat hebben gesteld om deze ultrakleine versnellingsmeters te bouwen.

"Op basis van de onderzoeken en vergelijkingen die we hebben gemaakt, we kunnen zeggen dat dit de kleinste gerapporteerde elektromechanische versnellingsmeter ter wereld is, ", zegt Fan. De onderzoekers rapporteerden hun werk in Natuur Elektronica .

De maatstaf waarmee een dirigent wordt beoordeeld, is hoe gemakkelijk, en snel, elektronen kunnen er doorheen bewegen. Op dit punt, samen met zijn buitengewone mechanische sterkte, grafeen is een van de meest veelbelovende materialen voor een adembenemend scala aan toepassingen in nano-elektromechanische systemen.

"We kunnen componenten verkleinen vanwege de dikte van het materiaal op atomaire schaal, en het heeft geweldige elektrische en mechanische eigenschappen, " Fan zegt. "We hebben een piëzoresistieve NEMS-versnellingsmeter gemaakt die aanzienlijk kleiner is dan alle MEMS-versnellingsmeters die vandaag beschikbaar zijn, maar behoudt de gevoeligheid die deze systemen nodig hebben."

De toekomst voor zulke kleine versnellingsmeters is veelbelovend, zegt fan, die de vooruitgang in nanotechnologie vergelijkt met de evolutie van steeds kleinere computers.

"Dit kan uiteindelijk ten goede komen aan mobiele telefoons voor navigatie, mobiele games en stappentellers, evenals bewakingssystemen voor hartaandoeningen en wearables voor het vastleggen van bewegingen die zelfs de kleinste bewegingen van het menselijk lichaam kunnen volgen, " hij zegt.

Andere mogelijke toepassingen voor deze NEMS-transducers zijn onder meer ultrageminiaturiseerde NEMS-sensoren en actuatoren zoals resonatoren, gyroscopen en microfoons. In aanvulling, deze NEMS-transducers kunnen worden gebruikt als een systeem om de mechanische en elektromechanische eigenschappen van grafeen te karakteriseren, zegt ventilator.

Max Lemme, hoogleraar bij RWTH, is enthousiast over de resultaten:"Onze samenwerking met KTH door de jaren heen heeft het potentieel van grafeenmembranen voor druk- en Hall-sensoren en microfoons al aangetoond. Nu hebben we versnellingsmeters aan de mix toegevoegd. Dit stemt me hoopvol om het materiaal op de markt te zien in sommige jaren. we werken aan industrie-compatibele productie- en integratietechnieken."