Low Dimensional Carbon Based Materials For Low Pressure Measurement Application - Haniff, Muhammad Aniq Shazni Mohammad (2015)
Kemajuan dalam sains bahan dan kejuruteraan reka bentuk telah merealisasikan peranti tekanan fleksibel yang sangat peka. Setakat ini, banyak kemajuan pada ciptaan peranti tekanan piezo rintangan berdasarkan bahan berskalar nano yang berfungsi dan struktur diafragma telah ditunjukkan secara meluas di mana perhatian yang besar telah tertumpu kepada peningkatan kepekaan dengan penggunaan bahan berskalar nano yang berfungsi dan pengoptimuman geometri peranti. Namun, pengesanan julat tekanan rendah (<10 kPa) dalam masa nyata dengan kepekaan yang sangat baik kurang dilaporkan oleh pengkajian semasa peranti tekanan piezo rintangan kerana dua sebab yang jelas: (i) kurang eksploitasi bahan berskalar nano yang berfungsi melalui kaedah sintesis yang dikawal dan (ii) penggunaan struktur reka benda diafragma yang konvesional. Sehubungan itu, kajian ini bertujuan untuk membangunkan peranti tekanan piezo rintangan yang fleksibel, terutamanya memberi tumpuan kepada peningkataan tahap kepekaan dengan penggabungan bahan dimensi rendah berasaskan karbon yang baru dibangunkan dan struktur diafragma dengan tatasusunan interdigital elektrod (IDE) untuk memenuhi keperluan aplikasi tekanan rendah. Ciri-ciri baru bahan dimensi rendah berasaskan karbon untuk 0-D nanopartikel berlapisan karbon, 1-D nanotuib karbon dan 2-D filem nipis grafen telah diperkenalkan melalui pengendapan wap kimia (CVD) dan sifat-sifat morfologi dan elektrik telah dicirikan dengan teliti. Sebelum pembuatan peranti, analisa pada ciri-ciri diafragma baru dengan struktur penguat tambah tatasusunan interdigital elektrod (IDE) telah dicapai melalui CoventorWare® menggunakan analisis unsur terhingga (FEA). Kajian parametrik telah dilaksanakan untuk semua simulasi untuk menilai pengaruh parameter geometri ke atas ciriciri penting yang berkaitan. Seterusnya, dua langkah penting yang terlibat dalam pembangunan peranti tekanan seperti penyepaduan tatasusunan interdigital elektrod (IDE) pada substrat fleksibel dan kaedah pemindahan bahan-bahan dimensi rendah berasaskan karbon juga telah ditunjukkan. Berdasarkan keputusan pencirian bahan dimensi rendah berasaskan karbon, kesamaan dan keboleh talaan morfologi bahan-bahan yang dihasilkan pada konfigurasi yang berbeza bawah kawalan telah dicapai dengan sifat-sifat elektrik yang sangat baik. Kajian teknikal yang diketengahkan termasuk pertunjukkan kejayaan ciri baru dengan model mekanisma pada lapisan karbon pada 0-D nanopartikel, pembentukan pertumbuhan mendatar pada 1-D nanotuib karbon dan peningkatan kecacatan pada 2-D filem nipis grafen dengan kaedah CVD. Untuk keputusan pencirian elektromekanik, ia telah menunjukkan bahawa rekaan peranti tekanan fleksibel yang digabungkan dengan bahanbahan dimensi rendah berasaskan karbon boleh dikendalikan secara berkesan pada tekanan di bawah 10 kPa dengan kepekaan yang tinggi, kelinearan yang tinggi dan faktor tolok yang tinggi ke atas tindak balas kepada perubahan kecil dalam tekanan. Kepekaan peranti yang direka dengan 0-D nanopartikel berlapisan karbon, 1-D nanotuib karbon dan 2-D filem nipis grafen dalam kajian ini telah ditentukan dengan nilai 0.0148, 0.0109 dan 0.0045 kPa-1 dengan faktor tolok masing masing adalah 186, 136 dan 32, di mana melebihi penemuan yang telah dilaporkan sebelum ini. Keputusan juga menunjukkan bahawa peranti tekanan yang digabungkan dengan konfigurasi 0-D adalah lebih peka dalam tidak balas pada tekanan berbanding dengan konfigurasi 1-D atau 2-D, menunjukkan kesan piezo rintangan yang ketara dalam dimensi yang rendah. Keputusan yang cemerlang ini membuktikan bahawa bahan-bahan dimensi rendah berasaskan karbon yang digunakan dalam kajian ini menyediakan platform awal untuk potensi penyelidikan yang seterusnya bagi mencapai sasaran ultra-sensitif peranti takanan piezo rintangan.