மைக்ரோ அளவீடு கிராஃபீனின் சென்சார்களில் மின்புலத்தைக் கண்டறிதல்

ஒரு மின்புலத்தின் அளவு மற்றும் துருவமுனைப்பை உணரும் திறன் பெரும் அறிவியல் ஆர்வத்தை கொண்டுள்ளது. பயன்பாடுகளில் மின்னலின் ஆரம்ப கணிப்பு மற்றும் சூப்பர்சோனிக் விமானங்களைக் கண்டறிதல் ஆகியவை அடங்கும். தற்போது, ​​வயல் ஆலைகளில் மின்புல உணரிகள் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. துருவமுனைப்பு மற்றும் 1 V/m அளவுக்கு குறைவான அளவு கொண்ட மின் புலங்களை கண்டறிய முடியும் என்றாலும், பெரிய அளவு (>1m) நிஜ வாழ்க்கை பயன்பாடுகளுக்கு அவற்றின் பரந்த பயன்பாட்டைத் தடுக்கிறது. மேலும், வயல் ஆலைக்குள் இருக்கும் மோட்டார், மின்சார புலத்தைக் கண்டறிய உதவுகிறது. MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) அடிப்படையிலான சென்சார்களை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் மின்புல உணரியை சிறியதாக்க சில முயற்சிகள் மேற்கொள்ளப்பட்டுள்ளன. அவை சிறியதாகவும், நகரும் பாகங்களை உள்ளடக்காததாகவும் இருந்தாலும், சிக்கலான புனையமைப்பு செயல்முறை இந்த சென்சார்களை குறைந்த செலவில் செய்கிறது.

ஜப்பான் அட்வான்ஸ்டு இன்ஸ்டிடியூட் ஆஃப் சயின்ஸ் அண்ட் டெக்னாலஜி (JAIST) மற்றும் முன்னணி மின்னல் பாதுகாப்பு உபகரண உற்பத்தியாளரான Otowa Electric Co., Ltd. ஆகியவற்றின் ஆராய்ச்சியாளர்கள் சிறந்த மாற்றீட்டைத் தேடத் தொடங்கினர். ஒரு அணு தடிமன் கொண்ட இரு பரிமாணப் பொருள் கிராஃபீனுக்கு வழிவகுத்தது. “கிராஃபீனில் உள்ள ஊர்தி அடர்த்தி(Carrier Density) வெளிப்புற இடையூறுகளுக்கு அதிக உணர்திறன் கொண்டது. ஊர்தி அடர்த்தியில் ஏற்படும் மாற்றம் வடிகால் மின்னோட்டத்தில் பிரதிபலிக்கிறது. கிராஃபீனில் மின்சார புலம் உணர்தலின் அடிப்படை பொறிமுறையை நிறுவியது. சென்சாரில் ஏதேனும் முன்னேற்றம் செய்ய முதலில் பொறிமுறையை நிறுவுவது இன்றியமையாதது என்பதை நாங்கள் உணர்ந்தோம், இது எங்களின் முதன்மை இலக்காக மாறியது” என்கிறார் மூத்த விரிவுரையாளர் மனோகரன் முருகநாதன்.

தொடர்ச்சியான சோதனைகள் மூலம், குழு இறுதியாக கிராஃபீனில் மின்சார புலத்தை உணரும் பொறிமுறையை நிறுவியது. மின்புலத்தின் பயன்பாட்டின் கீழ் SiO₂/கிராஃபீனின் இடைமுகத்தில் கிராஃபீனுக்கும் பொறிகளுக்கும் இடையே மின்னூட்டங்களை மாற்றுவது உணர்திறன் பொறிமுறையில் ஒரு முக்கியமான நிகழ்வு என்பதை அவர்கள் கண்டறிந்தனர். அத்தகைய மின்னூட்டங்களின் பரிமாற்றம் மற்றும் ஊர்தி அடர்த்தியில் ஏற்படும் மாற்றமானது வடிகால் மின்னோட்ட மாற்றமாக பிரதிபலிக்கிறது. மின்னூட்ட பரிமாற்றத்தின் திசையானது மின்புலத்தின் துருவமுனைப்பைப் பொறுத்தது. எலக்ட்ரான்கள் நேர்மறை மின்புலத்தின் கீழ் பொறிகளிலிருந்து கிராஃபீனுக்கு மாற்றப்படுகின்றன. அதேசமயம் அவை எதிர்மறை மின்புலத்தின் கீழ் கிராஃபீனிலிருந்து பொறிகளுக்கு மாற்றப்படுகின்றன. இவ்வாறு, ஒரு மின்புலத்தின் கீழ் வடிகால் மின்னோட்டத்தில் ஏற்படும் மாற்றம் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்புலங்களுக்கு நேர் எதிரானது. இது புலத்தின் துருவமுனைப்பைக் கண்டறிவதை எளிதாக்குகிறது. கூடுதலாக, கிராஃபீனுக்கும் பொறிகளுக்கும் இடையில் மாற்றப்படும் மின்னூட்ட ஊர்திகளின் எண்ணிக்கை மின்புலத்தின் அளவைப் பொறுத்தது. அதிக மின்புலம், கிராஃபீனுக்கும் பொறிகளுக்கும் இடையில் பெரிய எலக்ட்ரான்கள் நகர்ந்தன. மாற்றப்பட்ட மின்னூட்டத்தின் அளவு வேறுபாடு வடிகால் மின்னோட்டத்திலும் பிரதிபலிக்கிறது. இவ்வாறு, மின்புலத்தின் பயன்பாட்டின் கீழ் வடிகால் மின்னோட்ட மாறுபாட்டை மின்புலத்தின் அளவிற்கு சமன் செய்யலாம்.

References:

• Zhao, K., Wang, D., Li, K., Jiang, C., Wei, Y., Qian, J., & Liang, J. (2020). Drop-on-Demand Electrohydrodynamic Jet Printing of Graphene and Its Composite Microelectrode for High Performance Electrochemical Sensing. Journal of The Electrochemical Society, 167(10), 107508.
• Bi, H., Yin, K., Xie, X., Ji, J., Wan, S., Sun, L., & Dresselhaus, M. S. (2013). Ultrahigh humidity sensitivity of graphene oxide. Scientific reports, 3(1), 1-7.
• Sudibya, H. G., He, Q., Zhang, H., & Chen, P. (2011). Electrical detection of metal ions using field-effect transistors based on micropatterned reduced graphene oxide films. ACS nano, 5(3), 1990-1994.