石墨盘温度测量系统

p style=" line-height: 1.75em " 　 & nbsp 国内科研人员成功研发基于石墨稀材料的大量程、高精度的流量、温度传感器，有望在热力系统进行规模应用。 /p p style=" line-height: 1.75em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/3e7bf569-3c52-4b91-b4b2-dd53a82c552f.jpg" title=" 20160407151516449.jpg" / 　　 /p p style=" line-height: 1.75em text-align: center " 清华大学 朱宏伟 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　近日，清华大学朱宏伟教授团队和北京华大智宝电子系统有限公司合作开发出石墨烯温度流量一体化传感器件。他们针对热力系统检测用流量、温度传感器的应用需求，通过对石墨烯传感的作用与规律研究，突破石墨烯材料在热量表流量计应用的关键技术，开发热力系统检测用石墨烯流量、温度传感器件，解决了现有传感器表面结垢、功耗高等问题，形成了批量制备能力，有望在热力系统进行规模应用。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　该团队完成了石墨烯晶片形状、尺寸、表/界面状态对传感性能调制研究，通过基于石墨稀材料的传感工艺结构设计，开发了大量程、高精度的流量、温度传感器。流量传感器元件测量范围达到0.01~6m3/h，测量精度达到0.005m3/h 温度传感器元件测量范围达到0~100℃，测量精度达到0.02℃。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　在石墨烯流量、温度传感材料基础上，同时开展了两项拓展研究：1)提出了一种实现高灵敏柔性应变传感的新思路，通过石墨烯与超弹超薄高分子材料复合构建了一类基于柔性传感器原型器件，开发了面向可穿戴装备的传感器的制造方法和工艺，在应变、压阻、扭转、挥发性有机物、声波等几个典型传感应用上进行了探索，并可探测脉搏、语音等微弱生理信号，有望应用于移动医疗、可穿戴式设备等领域 2)研究了水在石墨烯层片孔中的扩散特性，开发了一种同位素标记法，揭示了水分子在石墨烯中的扩散系数比微孔滤膜中微米尺寸通道的扩散系数高4~5个数量级，证明了水分子可超快速传输，为基于石墨烯的传质特性研究奠定了基础，并在快速过滤与分离领域展现出广阔的应用前景。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　相关研发成果已发表SCI收录论文15篇，申请国家发明专利5项，获授权实用新型专利1项。所制备的六种传感器发表在ACSNano、Adv.Funct.Mater.、Small、NanoRes.、Appl.Phys.Lett.、Chem.Commun.等期刊上，并被学术媒体Nanowerk、Graphene-Info和MaterialsViewsWiley做为研究亮点报道，被评价为“…全新的传感机制、石墨烯的高性能应用…”，“石墨烯的机电效应结合其它特性…促进了在高灵敏传感中的应用，…这些传感器的潜在用途包括柔性显示、智能服装、电子皮肤、体外诊断等，在可穿戴健康检测类设备上有较大的应用空间”。 /p p br/ /p

石墨烯/二维材料电学性质非接触快速测量系统西班牙Das Nano公司成立于2012年，是一家提供高安全级别打印设备，太赫兹无损检测设备以及个人身份安全验证设备的高科技公司。ONYX是其在全球范围内推出的第一款针对石墨烯、半导体薄膜和其他二维材料大面积太赫兹无损表征的测量设备。ONYX采用先进的脉冲太赫兹时域光谱专利技术，实现了从科研及到工业级的大面积石墨烯及二维材料的无损和高分辨，快速的电学性质测量，为石墨烯和二维材料科研和产业化研究提供了强大的支持。与传统四探针测量法相比，ONYX无损测量样品质量空间分布与拉曼，AFM，SEM相比，ONYX能够快速表征超大面积样品背景介绍太赫兹辐射( T射线)通常指的是频率在0. 1～10THz、波长在30μm-3mm之间的电磁波，其波段在微波和红外之间，属于远红外和亚毫米波范畴。该频段是宏观经典理论向微观量子理论的过度区，也是电子学向光子学的过渡区。在20世纪80年代中期以前，由于缺乏有效的产生方法和探测手段，科学家对于该波段电磁辐射性质的了解和研究非常有限，在相当长的一段时期,很少有人问津。电磁波谱中的这一波段(如下图) ，以至于形成远红外和亚毫米波空白区,也就是太赫兹空白区（THz gap）。太赫兹波段显著的特点是能够穿透大多数介电材料（如塑料、陶瓷、药品、绝缘体、纺织品或木材），这为无损检测（NDT）开辟了一个可能的新世界。同时，许多材料在太赫兹频率上呈现出可识别的频率指纹特性，使得太赫兹波段能够实现对许多材料的定性和定量研究。太赫兹波的这两个特性结合在一起，使其成为一种全新的材料研究手段。而且其光子能量低，不会引起电离，可以做到真正的无损检测。 ONYX工作原理 ONYX是全球第一套实现石墨烯、半导体薄膜和其他二维材料全面积无损表征的测量系统，能够满足测试面积从科研级（mm2）到晶元级（cm2）以及工业级（m2）的不同要求。与其他大面积样品的测量方法（如四探针法）相比，ONYX能够直观得到样品导电性能的空间分布。与拉曼、扫描电镜和透射电镜等微观方法相比，微米级的空间分辨率能够实现对大面积样品的快速表征。ONYX采用先进的脉冲太赫兹时域光谱THz-TDS技术，产生皮秒量级的短脉太赫兹冲辐射。穿透性极强的太赫兹辐射穿透进样品达到各个界面，均会产生一个小反射波可以被探测器捕获，获得太赫兹脉冲的电场强度的时域波形。对太赫兹时域波形进行傅里叶变换,就可以得到太赫兹脉冲的频谱。分别测量通过试样前后(或直接从试样激发的)太赫兹脉冲波形,并对其频谱进行分析和处理,就可获得被测样品介电常数，吸收吸收以及载流子浓度等物理信息。再利用步进电机完成其扫描成像，得到其二维的电学测量结果。ONYX主要参数及特点样品大小: 10x10mm-200x200mm 全面的电导率和电阻率分析样品100%全覆盖测量最高分辨率：50μm完全非接触无损无需样品制备载流子迁移率, 散射时间, 浓度分析 可定制样品测量面积(m2量级)超快测量速度： 12cm2/min软件功能丰富，界面友好全自动操作图1 太赫兹光谱范围及信噪比ONYX主要功能→ 直流电导率（σDC）→ 载流子迁移率, μdrift→ 直流电阻率, RDC→ 载流子浓度, Ns→ 载流子散射时间，τsc→ 表面均匀性ONYX应用方向石墨烯材料：→ 单层/多层石墨烯 → 石墨烯溶液→ 掺杂石墨烯→ 石墨烯粉末→ 氧化石墨烯→ SiC外延石墨烯其他二维材料： → PEDOT→ Carbon Nanotubes→ ITO→ NbC→ IZO→ ALD-ZnO石墨烯光伏薄膜材料半导体薄膜电子器件PEDOT钨纳米线GaN颗粒Ag 纳米线ONYX测试数据1. 10x10mm CVD制备的石墨烯在不同分辨率下的电导率结果 2.10 x10mm CVD制备的石墨烯不同电学参数测量结果 3.利用ONYX测量ALD沉积在硅基底上的TiN电导率测量结果 ONYX发表文章1. P Bogild et al. Mapping the electrical properties of large-area graphene. 2D Mater. 4 (2017) 042003.2. S Fernández et al. Advanced Graphene-Based Transparent Conductive Electrodes for Photovoltaic Applications. Micromachines 2019, 10, 402.3. David M. A. Mackenzie et al. Quality assessment of terahertz time-domain spectroscopy transmission and reflection modes for graphene conductivity mapping. OPTICS EXPRESS 9220, Vol. 26, No. 7, 2 Apr 2018. 4. A Cultrera et al. Mapping the conductivity of graphene with Electrical Resistance Tomography. Scientific Reports , (2019) 9:10655.ONYX用户单位重要客户合作伙伴参与项目创新点：ONYX是第一款针对石墨烯、半导体薄膜和其他二维材料大面积太赫兹无损表征的测量设备，采用先进的脉冲太赫兹时域光谱专利技术。与传统四探针测量法相比，ONYX无损测量样品质量空间分布；与拉曼，AFM，SEM相比，ONYX能够快速表征超大面积样品石墨烯/二维材料电学性质非接触快速测量系统

奥运会颁奖礼仪服装，是每届奥运会的举办国展示本国文化的最重要的一种方式。和夏季奥运会不同，冬奥会运动场馆的温度最低甚至可以达到零下30多度，在如此冷的环境中，如何让颁奖礼仪服装既能美观、舒适，又能暖意融融呢？新型石墨烯材料 打造冬奥颁奖礼仪服本届冬奥会颁奖礼仪服装共有三套方案。分别为“瑞雪祥云”“鸿运山水”和“唐花飞雪”。颁奖礼仪服装不仅要呈现礼仪人员端庄、大方的形象，还要满足防寒保暖的要求。衣服里这一片片黑色的材料，就是中国航发针对本届冬奥会研发的第二代石墨烯发热材料，它可以快速升温，帮助工作人员抵抗零下30多度的严寒。中国航发石墨烯材料冬奥专项项目负责人 陈利军：这个项目其实是一个科技冬奥的专项。在礼仪人员服装里边有一套内胆，这套内胆用了全套的石墨烯材料的新装备，所以看着礼仪姑娘们，外面穿得很薄，但里面内胆全套的石墨烯会给它提供一个温度的保障。我们其实做了一个中国文化传统与高科技石墨烯的一个深度结合。石墨烯是目前为止导热系数最高的材料，在通电的情况下，碳分子团之间相互摩擦、碰撞而产生热能，热能又通过远红外线以平面方式均匀地辐射出来，可以能很好地被人体接受，产生一种由内而外的温暖。同时，为保证在室外长时间工作的工作人员不感到寒冷，科研人员还开发出多种产品，满足各场馆，各工种的不同需求。中国航发石墨烯材料冬奥专项项目负责人 陈利军：我们给工作人员准备了有围巾、马甲、手套、袜子等一系列的石墨烯的加热类产品，可以快速地使人体升温，恢复到正常的温度值。保障我们的工作人员在零下40摄氏度的情况下，还有非常好的温度保障，又非常轻便。研发第二代石墨烯发热材料石墨烯发热材料的应用，大幅度提升了人的体感温度，让工作人员在料峭寒风中也可以暖意融融。针对本次冬奥会需求，为了解决穿戴的舒适性，专项小组的科研人员还专门研发了第二代石墨烯发热材料，它的质感有点接近纯棉布料。中国航发石墨烯材料冬奥专项项目负责人 陈利军：石墨烯的第一代材料，因为它不透气，用在身上以后，汗排不出去，容易造成低温灼伤，所以它不能做穿戴类的服装。针对冬奥的应用场景，我们开发了石墨烯的第二代柔性热管理材料，它的基材是布料或纤维肌，所以这样的材料柔软还透气。据科研人员介绍，针对冬奥会外有雪水，内有汗水的特殊情况，相较于第一代材料，为冬奥会专门打造的第二代石墨烯材料还能剪裁和水洗，保证了产品的安全性和可靠性。中国航发石墨烯材料冬奥专项项目负责人 陈利军：比如我把它剪断了，它还可以正常使用。并且将它放到水里揉搓清洗，再通上一个5伏充电宝。现在直接点亮它，我们可以用温枪来检查一下它这时候的温度，虽然剪断了并且用水洗了，仍然可以正常地工作。科研人员介绍，通过新材料的使用，冬奥发热服在保证安全性的前提下，还可重复使用。石墨烯：材料学的科技革新在本届冬奥会大显身手的石墨烯材料到底是什么？又是如何被发现的呢？石墨烯是一种新型材料，最早由英国的两位科学家安德烈盖姆和康斯坦丁诺沃消洛夫发现。他们用胶带反复粘贴石墨，得到越来越薄的石墨薄片，通过不断操作，最终得到了仅由一层碳原子构成的石墨烯。单层的石墨烯要比石墨具备更好的热传导性能，也是到目前为止导热系数最高的碳材料。中国航发北京石墨烯技术研究院院长 王旭东：当石墨烯材料两边被加入电场以后，电子的穿梭造成波动，所以说石墨烯发热它带来的效果就更加接近于光波，让我们感觉到阳光的温暖。据王旭东介绍，石墨烯制备技术已经非常成熟了，可以针对不同用途和不同要求，快速制备石墨烯材料，未来它将在高端装备、新能源等多个领域得到广泛应用。