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万家娱乐平台|传统MEMS器件寻突破石墨烯助力性能大幅提升

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据麦克马纳斯咨询公司(McManus Consulting)称,石墨烯材料的领先供应商Graphenea与InfineonTechnologies、WITec、RWTHAachenUniversity和SimuneAtomistics等工业和学术合作伙伴合作,并宣布已成功完成NanoGraM项目,该项目重点研究基于石墨烯的MEMS微机电(纳米/微机电)器件。NanoGraM项目将在未来应用于三种特殊器件,包括石墨烯麦克风、石墨烯薄膜压力传感器和石墨烯薄膜霍尔传感器。

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这些石墨烯器件的目标市场还包括便携式电子产品(智能手机和笔记本电脑)、汽车、工业和智能家居。全球主要微机电系统麦克风芯片供应商英飞凌在其申请人的专利中解释了这种应用于石墨烯薄膜的微机电系统麦克风/扬声器。顶层为石墨烯薄膜的微机电麦克风设计传统MSMS麦克风/微型扬声器通常采用硅技术生产。

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硅微机械麦克风还包括在声场中移动的柔性薄膜和称为背板静态穿孔电极的电容传感器。如果压力过大,薄膜不会承受高达10巴的压差。

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在这种情况下,一般来说,薄膜不会因为断裂强度低而过热。为了解决硅麦克风膜中压力过大的问题,可以在麦克风的前部放置阻尼垫圈,但这不会引入额外的不想要的噪声,此外,还可以减小麦克风的前部体积。

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解决压力过大问题的另一种可能的方法是通过由弹簧支撑的膜获得通风,或者通过获得废气的地下通道,然而,这需要类似的设计和较低的结构变形梯度。石墨烯的机械性能不利于生产柔韧性非常低、断裂强度大的麦克风薄膜,因此允许设计比任何大行程偏移都更坚固的高灵敏度麦克风。另一方面,微型扬声器可以从低灵活性中受益,因为它可以增加驱动电压以获得低冲程,而低断裂强度降低了故障风险并建立了高耐用性。

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通过形成两层或多层单层石墨烯薄膜的叠层,可以降低石墨烯薄膜的强度。从下表中石墨烯与硅比较时的力学性能表可以看出,石墨烯在杨氏模量、断裂强度、泊松比和密度方面都不如硅。

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因此,基于上述原因,在用MEMS技术构建麦克风/微型扬声器时,不宜使用石墨烯作为薄膜材料。石墨烯麦克风表现出超高的灵敏度,覆盖了从音频到超声频段的工作频谱,可以带来很多精致的功能。对于压力传感器和霍尔传感器,石墨烯材料的预期优势包括更高的灵敏度(高达100倍)、鲁棒性(高达5倍)、增强的信噪比和防止过程中的危险材料。

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石墨烯MEMS微机电系统传感器与硅技术相结合,将构建一个新的智能系统,这将加强人类福祉、食品安全、交通安全、污染监测和国土安全。作为纳米图形项目的一部分,这项研究为工业MEMS微机电系统制造商和参与的中小企业带来了决定性的技术优势。石墨烯公司作为石墨烯供应商,反对通过在MEMS微机电系统器件的空腔和开口上开发浮动化学气相沉积单层和多层石墨烯的半干迁移工艺来研究该项目。石墨烯可以使石墨烯层漂浮在直径约500微米的开口上。

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这一系列研究帮助石墨烯释放了一种新产品:漂浮在空腔上的单层石墨烯。漂浮在空腔上的单层石墨烯已经提交了三份专利申请,发表了至少七篇科学论文,更多的研究成果正在发表。

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除了生产,大面积石墨烯薄膜之间的密切关系也提高到了一个新的高度。该项目历时3年,由德国(BMBF)和西班牙巴斯克地区共同资助。

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该项目的总金额约为196万欧元。。

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