Weltkleinster Sensor auf Graphen-Basis gebaut
Nanotechnik löst jetzt Mikrotechnik ab - Wissenschaftler sehen extrem breites Anwendungsspektrum
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Winziger Graphen-Beschleunigungssensor im Größenvergleich (Foto: kth.se/en) |
Stockholm/Aachen (pte020/03.09.2019/11:30) Forscher der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) http://kth.se/en aus Stockholm haben mit Kollegen der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH) http://www.rwth-aachen.de und des Aachener Nanospezialisten AMO http://amo.de den kleinsten Beschleunigungssensor der Welt entwickelt. Er lässt sich in tragbare elektronische Geräte wie Smartphones integrieren. Zum Einsatz kommt dabei hochleitfähiges Graphen.
NEMS lösen MEMS ab
Jahrzehntelang waren Micro-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS) die Basis für Innovationen, etwa bei Sensoren. Diese vereinigen elektronische und mechanische Eigenschaften in einem Gerät. Jetzt werden sie abgelöst von NEMS, Nano-Elektro-Mechanischen Systemen wie dem neuen Beschleunigungssensor.
Der Maßstab, an dem jedes leitfähige Material gemessen wird, ist die Beweglichkeit der Elektronen, wie schnell und leicht sie durch das Material flitzen. Hier gehört Graphen zu den besten Werkstoffen. Dazu kommen seine überragenden mechanischen Eigenschaften. Beides prädestiniert Graphen für den Bau von NEMS, winzigen elektromechanischen Systemen.
Piezoelektrischer Effekt
"Wir können Komponenten maßstäblich verkleinern, weil Graphen nur eine Atomlage dick ist", sagt Xuge Fan von der KTH. "Wir entwickelten auf der Basis des piezoresistiven Effekts einen Beschleunigungssensor, der dramatisch kleiner ist als ein System aus der MEMS-Familie", so Fan. Er sei jedoch ebenso empfindlich und zuverlässig. Das verwendete Material verändert seinen Widerstand, wenn es einem Druck oder einer Dehnung ausgesetzt wird.
Der Winzling könne zur Navigation verwendet werden, aber auch als Schrittzähler und zur Überwachung des Herzens. Er registriert selbst die kleinsten Bewegungen, etwa des menschlichen Körpers. Das NEMS-Prinzip kann für zahlreiche andere Systeme genutzt werden, zum Beispiel für Mikrofone, Aktuatoren, Gyroskope (Lagesensoren) und Resonatoren.
Max Lemme, Professor für Elektronische Bauelemente an der RWTH, sieht für NEMS eine große Zukunft. Graphen sei bereits in Mikrofonen, Hall-Sensoren zur Magnetfeldmessung und in Form von Membranen zur Messung des Drucks einsetzbar. "Jetzt haben wir einen Beschleunigungssensor hinzugefügt." Gemeinsam mit seinen Partnern arbeite er jetzt daran, eine industriell nutzbare Produktionstechnik zu entwickeln.
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