淺析二維材料對電子和差壓變送器的改進(jìn)
產(chǎn)品說明：當(dāng)博世與Max-Planck合作使用石墨烯制造的磁性差壓變送器的靈敏度是其硅同類差壓變送器的一百倍時(shí)，就證明了這種敏感性的例子。該差壓變送器使用霍爾效應(yīng)進(jìn)行操作時(shí)，依賴于石墨烯的高載流子遷移率，該霍爾效應(yīng)通過磁場的作用感應(yīng)出電壓來偏轉(zhuǎn)移動的電荷載流子。
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產(chǎn)品說明
自2004年首次分離石墨烯以來，二維材料已具有各種建議的應(yīng)用。它們超輕且非常堅(jiān)固，但又靈活又可拉伸。 二維材料通常具有出色的電子性能，具有很高的導(dǎo)電性或可調(diào)節(jié)的半導(dǎo)體帶隙。
事實(shí)上，它們是如此之薄，使其在許多應(yīng)用中具有巨大的潛力。由于2D材料表面上的每個(gè)原子都直接暴露于其周圍環(huán)境，因此暴露于新材料的信號不會被稀釋。
在差壓變送器應(yīng)用中使用石墨烯
2D材料的表面積與體積之比盡可能大，這意味著這些分子具有顯著的相互作用和結(jié)合潛力。此外，石墨烯尤其具有高的載流子遷移率和密度，這意味著它對電信號高度敏感，例如，由于存在特定分子。
當(dāng)博世與Max-Planck合作使用石墨烯制造的磁性差壓變送器的靈敏度是其硅同類差壓變送器的一百倍時(shí)，就證明了這種敏感性的例子。該差壓變送器使用霍爾效應(yīng)進(jìn)行操作時(shí)，依賴于石墨烯的高載流子遷移率，該霍爾效應(yīng)通過磁場的作用感應(yīng)出電壓來偏轉(zhuǎn)移動的電荷載流子。
對于化學(xué)差壓變送器或某些生物醫(yī)學(xué)差壓變送器，您可能希望只檢測潛在危險(xiǎn)物質(zhì)的單個(gè)分子。這可以用石墨烯制成的差壓變送器（尺寸為微米）完成，該差壓變送器可以解決分子規(guī)模的事件。
如該鏈接所示，石墨烯已被用于增強(qiáng)現(xiàn)有的差壓變送器-2015年，石墨烯被用于改善紅外吸收光譜，從而可以檢測各個(gè)化學(xué)鍵。在醫(yī)學(xué)，國防，食品安全和作物保護(hù)方面也有明確的應(yīng)用：越早發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)化學(xué)品，解決問題的速度就越快。
其他2D材料
當(dāng)然，石墨烯并不是差壓變送器應(yīng)用中使用的唯一2D材料。那些確實(shí)具有帶隙的器件（例如MoS 2）已暗示可用于場效應(yīng)晶體管-在存在帶隙的情況下，電流不會“一直”流動，因此可以降低噪聲。
早在2014年，圣塔芭芭拉分校的一個(gè)小組就使用了這種差壓變送器，即使在濃度為100飛摩爾的情況下，也能以高靈敏度執(zhí)行特定的蛋白質(zhì)傳感，這相當(dāng)于檢測溶解在一百噸水中的一滴牛奶。
這些二維材料的許多共同點(diǎn)是差壓變送器所需的靈活性，強(qiáng)度和小尺寸–未來的發(fā)展有望使可穿戴設(shè)備中的差壓變送器能??夠檢測氣體和其他化學(xué)物質(zhì)，甚至在血液中進(jìn)行醫(yī)學(xué)監(jiān)測。它們也暗示要用于物聯(lián)網(wǎng)，因?yàn)閷τ谔囟ǖ脑O(shè)備應(yīng)用程序來說，空間非常寶貴。
2018年初，曼徹斯特大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)-石墨烯在其中首次被隔離-宣布他們已經(jīng)能夠創(chuàng)建與RFID結(jié)合的濕度差壓變送器，從而能夠連接無線網(wǎng)絡(luò)。
電子中的2D材料
2D材料不僅可以證明其價(jià)值，還不只是差壓變送器領(lǐng)域。計(jì)算方面的驚人進(jìn)步大部分歸功于摩爾定律：電路不斷收縮的能力使密集集成電路上的晶體管數(shù)量大約每兩年翻一番。這是一個(gè)強(qiáng)勁的趨勢，助長了計(jì)算能力的指數(shù)增長，但在有限的世界中，指數(shù)增長最終達(dá)到了物理極限。
隨著我們接近這些身體極限，需要不斷提高的創(chuàng)造力水平。由于二維材料的原子尺寸很薄，因此對于我們逼近此定律至關(guān)重要。2014年《自然》雜志上發(fā)表的一篇文獻(xiàn)評論指出，二維材料（例如過渡金屬二鹵化物和石墨烯）將對薄通道晶體管和所有潛在的新器件概念很有用。
二維材料的拓?fù)浣^緣體特性已經(jīng)成為許多理論和實(shí)驗(yàn)研究的主題，也有可能在某些巧妙的電路設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用?，F(xiàn)在可以使用這些材料研究完全不同的體系結(jié)構(gòu)，而不是對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行增量改進(jìn)。
結(jié)論
仍然存在挑戰(zhàn)。盡管已證明可以通過相對容易理解的技術(shù)（例如剝離或氣相沉積）來構(gòu)造許多不同的2D材料（例如石墨烯，硅烯，鍺烯），但尚未證明可以批量生產(chǎn)具有經(jīng)過調(diào)整和理想的電子性能的2D材料。
實(shí)驗(yàn)室之外尚未生產(chǎn)用于生產(chǎn)此類電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)設(shè)施，就像硅一樣。許多結(jié)構(gòu)仍然需要證明它們將在實(shí)驗(yàn)室外始終如一地工作。但是，正如涌入這一領(lǐng)域的研究人員和風(fēng)險(xiǎn)投資所能證明的那樣，大多數(shù)人認(rèn)為2D材料的基本屬性對于它們來說太有用而無法保留在材料科學(xué)領(lǐng)域，并且已經(jīng)構(gòu)造了許多差壓變送器和電路的原型。
具有諷刺意味的是，向下移動到二維為材料科學(xué)家開辟了參數(shù)空間的一個(gè)全新的維度-一個(gè)具有豐富且通常令人興奮的特性。隨著范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的合成不斷增加，其中2D材料層堆疊在一起，當(dāng)今發(fā)現(xiàn)的材料的許多獨(dú)特特性將使其成為未來差壓變送器和電子設(shè)計(jì)中的重要組成部分。
事實(shí)上，它們是如此之薄，使其在許多應(yīng)用中具有巨大的潛力。由于2D材料表面上的每個(gè)原子都直接暴露于其周圍環(huán)境，因此暴露于新材料的信號不會被稀釋。
在差壓變送器應(yīng)用中使用石墨烯
2D材料的表面積與體積之比盡可能大，這意味著這些分子具有顯著的相互作用和結(jié)合潛力。此外，石墨烯尤其具有高的載流子遷移率和密度，這意味著它對電信號高度敏感，例如，由于存在特定分子。
當(dāng)博世與Max-Planck合作使用石墨烯制造的磁性差壓變送器的靈敏度是其硅同類差壓變送器的一百倍時(shí)，就證明了這種敏感性的例子。該差壓變送器使用霍爾效應(yīng)進(jìn)行操作時(shí)，依賴于石墨烯的高載流子遷移率，該霍爾效應(yīng)通過磁場的作用感應(yīng)出電壓來偏轉(zhuǎn)移動的電荷載流子。
對于化學(xué)差壓變送器或某些生物醫(yī)學(xué)差壓變送器，您可能希望只檢測潛在危險(xiǎn)物質(zhì)的單個(gè)分子。這可以用石墨烯制成的差壓變送器（尺寸為微米）完成，該差壓變送器可以解決分子規(guī)模的事件。
如該鏈接所示，石墨烯已被用于增強(qiáng)現(xiàn)有的差壓變送器-2015年，石墨烯被用于改善紅外吸收光譜，從而可以檢測各個(gè)化學(xué)鍵。在醫(yī)學(xué)，國防，食品安全和作物保護(hù)方面也有明確的應(yīng)用：越早發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)化學(xué)品，解決問題的速度就越快。
其他2D材料
當(dāng)然，石墨烯并不是差壓變送器應(yīng)用中使用的唯一2D材料。那些確實(shí)具有帶隙的器件（例如MoS 2）已暗示可用于場效應(yīng)晶體管-在存在帶隙的情況下，電流不會“一直”流動，因此可以降低噪聲。
早在2014年，圣塔芭芭拉分校的一個(gè)小組就使用了這種差壓變送器，即使在濃度為100飛摩爾的情況下，也能以高靈敏度執(zhí)行特定的蛋白質(zhì)傳感，這相當(dāng)于檢測溶解在一百噸水中的一滴牛奶。
這些二維材料的許多共同點(diǎn)是差壓變送器所需的靈活性，強(qiáng)度和小尺寸–未來的發(fā)展有望使可穿戴設(shè)備中的差壓變送器能??夠檢測氣體和其他化學(xué)物質(zhì)，甚至在血液中進(jìn)行醫(yī)學(xué)監(jiān)測。它們也暗示要用于物聯(lián)網(wǎng)，因?yàn)閷τ谔囟ǖ脑O(shè)備應(yīng)用程序來說，空間非常寶貴。
2018年初，曼徹斯特大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)-石墨烯在其中首次被隔離-宣布他們已經(jīng)能夠創(chuàng)建與RFID結(jié)合的濕度差壓變送器，從而能夠連接無線網(wǎng)絡(luò)。
電子中的2D材料
2D材料不僅可以證明其價(jià)值，還不只是差壓變送器領(lǐng)域。計(jì)算方面的驚人進(jìn)步大部分歸功于摩爾定律：電路不斷收縮的能力使密集集成電路上的晶體管數(shù)量大約每兩年翻一番。這是一個(gè)強(qiáng)勁的趨勢，助長了計(jì)算能力的指數(shù)增長，但在有限的世界中，指數(shù)增長最終達(dá)到了物理極限。
隨著我們接近這些身體極限，需要不斷提高的創(chuàng)造力水平。由于二維材料的原子尺寸很薄，因此對于我們逼近此定律至關(guān)重要。2014年《自然》雜志上發(fā)表的一篇文獻(xiàn)評論指出，二維材料（例如過渡金屬二鹵化物和石墨烯）將對薄通道晶體管和所有潛在的新器件概念很有用。
二維材料的拓?fù)浣^緣體特性已經(jīng)成為許多理論和實(shí)驗(yàn)研究的主題，也有可能在某些巧妙的電路設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用?，F(xiàn)在可以使用這些材料研究完全不同的體系結(jié)構(gòu)，而不是對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行增量改進(jìn)。
結(jié)論
仍然存在挑戰(zhàn)。盡管已證明可以通過相對容易理解的技術(shù)（例如剝離或氣相沉積）來構(gòu)造許多不同的2D材料（例如石墨烯，硅烯，鍺烯），但尚未證明可以批量生產(chǎn)具有經(jīng)過調(diào)整和理想的電子性能的2D材料。
實(shí)驗(yàn)室之外尚未生產(chǎn)用于生產(chǎn)此類電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)設(shè)施，就像硅一樣。許多結(jié)構(gòu)仍然需要證明它們將在實(shí)驗(yàn)室外始終如一地工作。但是，正如涌入這一領(lǐng)域的研究人員和風(fēng)險(xiǎn)投資所能證明的那樣，大多數(shù)人認(rèn)為2D材料的基本屬性對于它們來說太有用而無法保留在材料科學(xué)領(lǐng)域，并且已經(jīng)構(gòu)造了許多差壓變送器和電路的原型。
具有諷刺意味的是，向下移動到二維為材料科學(xué)家開辟了參數(shù)空間的一個(gè)全新的維度-一個(gè)具有豐富且通常令人興奮的特性。隨著范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的合成不斷增加，其中2D材料層堆疊在一起，當(dāng)今發(fā)現(xiàn)的材料的許多獨(dú)特特性將使其成為未來差壓變送器和電子設(shè)計(jì)中的重要組成部分。
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