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研究人员利用石墨烯构建微型自供电温度传感器

来自牛津大学、代尔夫特大学和IBM苏黎世的一组研讨人员证明,石墨烯可用于构建灵敏且自供电的温度传感器。这一发现为高度敏感的热电偶的设计铺平了路途,该热电偶可以集成在纳米器件甚至活细胞中。

 研讨人员制造出微型自供电温度传感器
热电偶是低成本测温的理想选择,由于它们是自供电的,相对容易制造。同时,它们的灵敏度往往变化很小,由于它们的信号来源于固有的材料特性。通常,热电偶是两种具有不同Seebeck系数的材料的组合,衔接在传感端,从而可以测量在传感和参考之间树立的与温度差成比例的热电压。为了用常规热电偶完成片上测温,通常需求两个独立的制造进程。但是,可以很容易地集成到当前晶圆级集成中的热电偶已经惹起了人们的兴味,此前报道了多方面的努力来制造单金属热电偶。但是,这些热电偶的灵敏度很小(约为1μV/K),占地面积大,厚度约为100纳米。

来自牛津大学、代尔夫特大学和IBM苏黎世大学的研讨人员团队现已证明,石墨烯可用于构建敏感的、单材料和自供电的温度传感器。他们将石墨烯(一个单原子厚的碳原子薄片)做成了U形图案,在传感端衔接着一条宽窄的腿。经过细心调整石墨烯支脚的几何外形并使用电子在石墨烯器件边缘的散射效应,研讨小组获得了最大灵敏度ΔS≈39μV/K。

据研讨人员引见,这项研讨结果可以为高灵敏度热电偶的设计铺平道路,并有可以集成在范德华结构和未来的石墨烯电路中。此外,由于石墨烯的生物惰性和在各种情况下的稳定性,这些热电偶还可以在恶劣或敏感的环境(例如细胞和其他生物系统)中用作温度传感器。

同时,该温度传感器芯片具有可扩展性、可靠性,可安装到纳米设备中,将是未来CPU热管理的关键。经过沿临界点分布的温度监视器来确定CPU的某些部分的局部加热,可以向控制系统提供反响。作为照应,热管理可以允许经过点冷或负载分配(例如在不同的计算中心之间)中止热负载的重新分配,从而避免热点、延伸设备寿命并节约能源。这样的温度传感器应具有较小的占地面积、高精度、消耗最少的功率并且与已树立的纳米制造技术兼容。

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