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[分享] 温度传感器

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发表于 2020-4-22 20:13:48 | 显示全部楼层 |阅读模式

来自牛津大学,代尔夫特大学和IBM苏黎世的一组研究人员研究表明,石墨烯可用于构建灵敏且自供电的温度传感器。这些发现为高度敏感的热电偶的设计铺平了道路,该热电偶可以集成在纳米器件甚至活细胞中。

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可扩展,可靠且可安装在纳米设备中的片上温度传感器对于CPU未来的热管理至关重要。通过沿着临界点分布温度监控器来确定CPU某些部分的局部热量,可以将反馈提供给控制系统。作为响应,热管理允许通过点冷却或负载分配(例如在不同的计算核心之间)进行热负载的重新分配,从而避免出现热点并延长设备寿命并节省能源。这样的温度传感器应具有较小的占地面积,高精度,消耗最少的功率并且与已建立的纳米制造技术兼容。

热电偶是自供电且相对容易制造的,因此是低成本测温的理想选择。由于它们的信号源自固有的材料特性,因此它们的灵敏度往往会有很小的差异。通常,热电偶是由两种具有不同塞贝克系数的材料组合而成,可以测量在传感端和参考物之间建立的与温度差成比例的热电压。为了使用常规热电偶实现片上测温,通常需要两次单独的制造。因此,可以很容易地集成到当前晶片规模的热电偶已经引起了人们的兴趣,以前也有报道过单个金属热电偶。不过这些热电偶的灵敏度较差(约为1μv/k),还往往有很大的占用面积,厚度相对较大,约为100纳米。

牛津大学,代尔夫特大学和IBM苏黎世大学的研究人员发现,石墨烯可用于构建敏感的、单材料的和自供电的温度传感器。他们将石墨烯(一原子厚的碳原子片)化成U形,在传感端连接着一条宽窄的腿。通过调整石墨烯支脚的几何形状并利用电子在石墨烯器件边缘的散射效应,研究小组获得了最大灵敏度ΔS≈39μV/ K。

结果可能为高灵敏度热电偶的设计铺平道路,并有可能集成在范德华结构和未来的石墨烯电路中。此外,由于石墨烯的生物惰性和在各种情况下的稳定性,这些热电偶还可以在恶劣或敏感的环境(例如细胞和其他生物系统)中用作温度传感器。



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