Graphen liefert die Basis für den kleinsten Beschleunigungssensor der Welt
Neue Ära tragbarer Sensortechnologie möglich
Mit der Entwicklung des weltweit kleinsten Beschleunigungssensors könnte AMO in Zusammenarbeit mit schwedischen Partnern einen Durchbruch in der Sensor- und Navigationstechnologie erzielt haben. Dafür nutzen sie die herausragenden mechanischen und leitenden Eigenschaften des Materials Graphen. Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Electronics“ veröffentlicht.
In den Nanowissenschaften und in der Graphenforschung sind täglich Fortschritte zu verzeichnen. Mit dem winzigen, graphenbasierten Beschleunigungssensor ist dem Team der Königlich Technischen Hochschule (KTH) in Stockholm und des Aachen Graphene & 2D Materials Centers – einem Konsortium der RWTH Aachen und der AMO GmbH – ein weiterer Schritt gelungen.
Seit mehreren Jahrzenten bilden mikroelektromechanische Systeme (MEMS) eine wichtige Basis für Innovationen in der Sensor- und den Medizintechnologien. Nun wird mit den nanoelektromechanischen Systemen – kurz NEMS – die nächste Entwicklungsstufe erreicht. Dank seiner außergewöhnlichen mechanischen Festigkeit, der ultradünnen Schichtstruktur und der exzellenten Leitfähigkeit ist Graphen ein Material für eine Fülle von Anwendungen im Bereich der nanoelektromechanischen Systeme.
„Die Zukunft für sehr kleine Beschleunigungssensoren ist vielversprechend“, so Xuge Fan vom Institut für Micro- und Nanosysteme der KTH Stockholm. „Solche Sensoren können bei Handys die Navigation verbessern, als Schrittzähler und in Mobile Games Anwendung finden sowie in Überwachungssystemen für Herz-Kreislauf-Erkrankungen eingesetzt werden. Des Weiteren können sie als Grundlage von Moti-on-Capture Wearables dienen, mit denen kleinste Bewegungen des menschlichen Körpers erfasst werden“, erklärt Fan. „Ebenso sind solche NEMS-Transducer als Basis für die Charakterisierung der mechanischen und elektromechanischen Eigenschaften von Graphen nutzbar.“
Professor Max Lemme, Inhaber des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente der RWTH Aachen und Geschäftsführer der AMO GmbH: „Bereits in den letzten Jahren hat unsere Zusammenarbeit mit der KTH das Potenzial von Graphenmembranen für Druck- und Hall-Sensoren und für Mikrophone bewiesen. Nun wird das Anwendungsspektrum durch Beschleunigungssensoren ergänzt. Das stimmt mich optimistisch, das Material könnte in einigen Jahren zur Marktreife gelangen. Um dies zu erreichen, arbeiten wir an industriekompatiblen Herstellungs- und Integrationsmethoden.“
„Dies ist ein gutes Beispiel für die Arbeit am Aachen Graphene & 2D Materials Center“, so Lemme weiter. „Die Forschung an Graphen und an zweidimensionalen Materialien ist durch die iterative Rückkopplung von Grundlagen- und angewandter Forschung gekennzeichnet. Wir versuchen beispielsweise erst jüngst entdeckte Materialeigenschaften sofort in Anwendungen umzusetzen – das ist es, was unsere Arbeit so spannend macht.“
Die Arbeiten wurde vom Europäischen Forschungsrat durch die Starting Grants M&M’s (277879) und InteGraDe (307311), dem Schwedischen Forschungsrat (GEMS, 2015-05112), dem China Scholarship Council CSC (Scholarship Grant), dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (NanoGraM, BMBF, 03XP0006C), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG, LE 2440/1-2) und der Europäischen Kommission (Graphene Flagship, 785219) gefördert.
Bibliographische Angaben:
Graphene ribbons with suspended masses as transducers in ultra-small nanoelectromechanical accelerometers. Xuge Fan, Fredrik Forsberg, Anderson D. Smith, Stephan Schröder, Stefan Wagner, Henrik Rödjegård, Andreas C. Fischer, Mikael Östling, Max C. Lemme, Frank Niklaus
Nature Electronics, 2 September 2019:
DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-019-0287-1
Article link: https://www.nature.com/articles/s41928-019-0287-1
