天津大学纳米中心:研发基于电子束直写还原氧化石墨烯的快速响应温度传感器

2024-07-24
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【 天津大学纳米中心:研发基于电子束直写还原氧化石墨烯的快速响应温度传感器

高精度电阻式温度传感器具有稳定性高、响应速度快和制造简单等优点,在日常生活中发挥着重要作用。然而,传统的通道材料(如铂)由于价格昂贵和初始电阻较低,严重限制了其发展。在过去的几十年中,还原石墨烯氧化物(rGO)作为一种非常有前景的传统材料替代品,因其极致的比表面积和多种可选的表面化学性质而受到广泛关注。氧化石墨烯(GO)是一种绝缘体,然而还原后的氧化石墨烯(即还原氧化石墨烯)的片电阻可以降低几个数量级,从而将材料转化为半导体,甚至石墨烯类半金属。制备的rGO温度传感器表现为负温度系数热敏电阻特性,具有较宽的工作温度范围以及高灵敏度等特点。


目前通过还原氧化石墨烯来制备温度传感器的方法有很多,比如热还原、化学还原以及激光还原方法等。2018年Sehrawat等人通过热还原制备的rGO温度传感器在30 ℃ ~ 100 ℃温度范围内,电阻温度系数( TCR )可达0.801 %/℃,响应时间为52 s。但是,热还原法不可避免地需要较高的温度,这可能会对实际应用中集成到传感器上的其他电子设备造成损害。Sahoo等人通过使用化学还原的方法制备的超快rGO温度传感器,其响应时间可达0.59 s,恢复时间为7.22 s。然而,在化学还原在还原过程中需要用到剧毒的还原剂,对环境不太友好。与此同时,最近开发出了激光束还原 GO(LIG)技术,用于实现单步图案化 rGO 生产。虽然这种方法比传统方法优越得多,如直接图案化,无需额外的光刻后步骤来制造图案化的 rGO,只需在环境条件下操作,以及生产良率高,但其较低的灵敏度(0.142 %/℃)和微米级的图案间距阻碍了其在更广泛领域的应用。作为一种替代方案,电子束辐照(EBI)诱导的 rGO 有可能将这种技术升级为具有更高的器件密度和更好的灵敏度的温度传感器。


高能电子与物质的相互作用来电离和激励各种物质的分子,从而引发化学反应,因此,使用高度聚焦的电子束可以实现在微米甚至纳米尺寸上还原GO。通常情况下,某些热处理或光学处理无法实现的过程可以通过电子束辐照来实现。作为最有前途的纳米级 rGO 制备方法,电子束辐照具有无毒、无化学成分、高效和高可调性等特点。然而,基于 EBI 的氧化石墨烯还原技术和机理的研究才刚刚起步。


在此,我们对不同电子束剂量和电子束能量下的电子束还原 GO 进行了系统研究。研究发现,在 30 ℃ ~ 80 ℃的温度范围内,TCR 随电子束剂量的增加而单调降低,从 1.34 %/℃ 降至 0.59 %/℃。根据这些结果,基于 rGO 的温度传感器的 TCR 值达到了 1.18 %/℃,响应时间仅为 0.17 s。与其他方法制备的 rGO 温度传感器相比,通过 EBI 技术制备的 rGO 温度传感器的 TCR 变化范围更广,响应时间更短。



图 1(a)电子束剂量为 10、500、5000 和 10000mA⋅s/cm2时还原 GO 的拉曼mapping和(b)拉曼光谱图。



图 2(a) 温度传感器制备示意图。(b) EBIGO 的电导率随电子束剂量的变化,插图显示了不同电子束剂量下的 I-V 曲线。



图 3在电子束剂量为 (a) 10 和 (b) 20 mA⋅s/cm2 时,温度传感器的电阻-温度关系曲线,插图显示了根据电阻-温度拟合曲线计算得出的热滞。(c) 温度传感器的 TCR 值随电子束剂量的变化。



图 4 (a) 以 5000 mA⋅s/cm2 剂量制备的温度传感器的响应时间,测试时温度敏感层分别置于 1、2、3 和 4 层硅片上。(b) 温度传感器的响应时间与硅片层数的函数关系,其斜率为 2,表明单层衬底的额外响应时间为 2 s。



图 5 (a) 在单个硅片上以 20 mA⋅s/cm2的剂量制备的温度传感器的动态响应曲线。(b) 响应时间约为 2.17 s,恢复时间约为 2.45 s。




图 6 (a)(b) 干燥前后分别测试的电阻温度曲线。在 30 ℃ ~ 80 ℃ 温度范围内,干燥前后的热滞可从 8.36 % 降至 3.20 %。(c)(d) 在 30 ℃ ~ 50 ℃ 温度范围内,干燥前后连续测试 20 个周期的电阻温度曲线。


图 7 (a) 150 K~375 K 温度区间的RCDA图。(b) p=1/4 时 150 K~330 K 温度区间内 RCDA 曲线的斜率拟合。(c)150-330 K 时的电阻随温度变化的特性分析,插图中的 InR 是 T-1/4 的函数。(d)330-375 K 温度下的电阻随温度变化的特性分析,插图为 InR 与 T-1 的函数关系。






传感动态

【成都微光集电推出车规级应用-2MP高帧率、高动态范围图像传感器】

成都微光集电推出一款专为汽车视觉系统的高性能产品MIA2001。新品采用成都微光集电最新技术,具备高帧率、高灵敏度、低暗电流、HDR技术等多方面性能优势,为车载DVR和高清倒车后视、360°环视系统等应用提供了无与伦比的图像清晰度和流畅性。其优化的光谱响应曲线确保了在不同光照条件下都能实现卓越的图像质量,无论是在阳光直射的白天还是光线不足的夜晚。


其中,车载DVR作为现代汽车安全监控的核心设备,以其高清多通道视频录制,确保了车辆全方位的实时监控和数据安全。它不仅能够适应各种环境条件,还具备实时监控和报警联动功能,以及用户友好的操作界面,使得驾驶员和安全人员能够轻松管理和响应各种情况,甚至集成了智能视频分析技术和异常行为检测,进一步提升了监控效率。




■车载DVR


AVM(360°环视系统)是一种高端车载监控解决方案,它通过车辆四周安装的多个高分辨率摄像头捕捉实时图像,并通过集成控制单元进行智能拼接,形成无缝的全景视图。这些图像在车辆的高清显示屏上实时展现,为驾驶员提供360度无死角的视野,有效提升安全驾驶体验。系统设计注重实时性能和高动态范围,确保在各种光照条件下都能提供清晰图像。


■AVM(360°环视系统)



【安徽宿州:年产车用传感器50多万支,精度全球第一】

成立于2021年的安徽勒森传感器科技有限公司是一家专注于汽车传感器研发、生产、销售的企业,主要生产研发速度脉冲传感器、电子压力传感器、温度传感器、氮氧传感器等设备,广泛应用于新能源汽车、工业检测、工业控制等领域。公司拥有国内领先的精加工设备和精密检测仪器,年产车用传感器50多万支,年产值约6000万元。



“传感器,听起来很陌生,但又无处不在。智能照明、智能家电、智能家具、安防监控系统、智能手机、新能源汽车……都有它的影子。”公司负责人杨马良告诉记者,传感器是数据采集的源头,再庞大的智能系统都要从传感器开始,一辆智能电动汽车,可能会布满上百个传感器。


随着汽车智能化发展趋势,特别是在安全和节能的驱使下,对传感器的需求越来越广。“氮氧传感器可以精确地调整空气和燃料的比例,实现更高效燃烧过程,降低尾气排放。”杨马良说,公司销售的传感器中,有近一半是氮氧传感器,90%以上的氮氧传感器出口欧洲高端客户,氮氧传感器系列产品于2022年被欧洲认定为“汽车传感器准入产品”,替代德国同类产品。今年5月,与土耳其合作的氮氧传感器项目成功落地运营。


“目前已完成位移传感器的样机生产,工作精度在10nm以下,技术已达到世界领先,经后期技术、硬件不断优化后,精度还可以提高100倍,达到0.1nm的工作精度,成为名副其实的全球第一。”电子工程师叶志刚介绍,公司积极与北京航空航天大学合肥创新研究院、河南科技大学携手研发位移传感器,利用世界首创的锁相环反测量技术,解决测量精度与灵敏度的矛盾及技术瓶颈痛点,使位移传感器技术取得了重大突破,能够实现对德国米铱的产品替代,攻破国外技术封锁。


“小小传感器,乍看不起眼,但需要非常精密的加工工序,高品质的产品离不开高品质硬件的支撑。”杨马良表示,公司向“新”而行、向“新”而进,投入了近600万元购买150余套高精度配套仪器用于传感器的研发、检测,今后将再新增自动化生产设备,提高传感器生产效率。


精密为先,安全为金。在追求传感器高精度的同时,也致力于提升其稳定性与安全性。勒森科技在研发出新型汽车传感器后,会投放到车队里装车验证,在实际使用中检测产品质量,测试周期长达1—2年,完成车队验证后再量产投放市场,力求产品达到“不鸣则已,一鸣惊人”的效果。


杨马良最后信心满满地对记者说:“2024年是公司第二个‘三年规划’开局之年,各项工作均在按计划有条不紊地顺利推进,勒森科技一定能走得更稳、走得更远,让小小传感器在宿州这片投资的沃土上发挥更大作为。”


【小米 SU7 Max 锁车后激光雷达继续工作:官方解释无需担心】


关于小米 SU7 Max 锁车后激光雷达仍在工作的问题,小米汽车官方已经给出了回应。原来,当车辆锁车后,并不会立即进入休眠状态,而是需要经过一段时间。



在这段时间内,车辆控制器仍在工作,因此激光雷达也保持着运行状态。只有当车辆正式进入休眠状态后,激光雷达才会停止运行。


小米汽车官方表示,这一现象属于正常情况,车主无需担心。


此外,小米智驾系统分为小米 Pilot Pro 和小米 Pilot Max 两种版本,其中 Max 版配备了激光雷达,能够更加精准地识别障碍物,实际驾驶体验预计也会优于小米 Pilot Pro 版本。



【德州仪器 2024 年第二季度实现 38.22 亿美元营收,同比下滑 16%,环比增长 4%】


7 月 24 日消息,德州仪器当地时间 7 月 23 日股市收盘后发布了 2024 年第二季度财报。


财报显示,该企业在上一季度实现 38.22 亿美元(IT之家备注:当前约 278.4 亿元人民币)营收,营业利润 12.48 亿美元(当前约 90.9 亿元人民币),净收入 11.27 亿美元(当前约 82.09 亿元人民币),每股收益 1.22 美元。

上述四项数据均出现同比下滑。其中总营收一项同比减少 16% ,但同时也录得了 4% 的环比增长。



德州仪器总裁兼首席执行官 Haviv Ilan 表示:“工业和汽车行业继续环比下滑,而所有其他终端市场均有所增长。”


德州仪器预计 2024 年三季度业绩将在 39.4 亿~42.6 亿美元(当前约 286.99 亿~310.3 亿元人民币)之间,继续出现环比增长,而每股收益则在 1.24~1.48 美元的水平。







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