2D-NEMS - NEMS Sensoren aus 2D-Material-Heterostrukturen
Mikro- und Nanoelektromechanischen Systeme (NEMS) wie Drucksensoren, Beschleunigungssensoren und Gyroskope sind bereits weit verbreitet. Für viele Anwendungen ist es jedoch wichtig, dass die NEMS Sensoren soweit möglich miniaturisiert werden. Dies ist mit 2D-Materialien wie Graphen, Molybdän-Disulfid (MoS2) oder hexagonalem Bornitrid (h-BN) realisierbar. Dabei besitzen die unterschiedlichen 2D-Materialien unterschiedliche Eigenschaften, die für NEMS Sensoren vorteilhaft sind.
NEMS-Bauelemente auf der Basis von Graphen wurden in unserem erfolgreich abgeschlossenen Projekt "NanoGram" erforscht. In 2D-NEMS werden wir einen Schritt weitergehen und das Potenzial von NEMS-Bauelementen auf der Basis von Heterostrukturen aus 2D-Materialien erforschen. Wir werden die zugrundeliegende Physik solcher neuartiger heterostrukturierter NEMS-Wandler untersuchen und diese implementieren, um einen signifikant höheren Gauge-Faktor im Vergleich zur bestehenden Technologie zu erreichen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir die von einem der Projektpartner entwickelte Technologie nutzen, um schwebende Heterostrukturen auf der Basis von geeigneten 2D-Materialien wie Graphen, h-BN und 2D-Übergangsmetall-Dichalcogeniden wie MoS2 herzustellen. Heterostrukturierte 2D-NEMS-Bauteile werden als potentielle Dehnungsmessstreifen, piezoresistive Drucksensoren und piezoresistive Beschleunigungssensoren demonstriert.
Das Projekt wird zu einem verbesserten Verständnis der Materialeigenschaften und der Transduktionsmechanismen in 2D-Material-Heterostrukturen beitragen. Dies wird den Weg für neuartige NEMS-Sensoren mit drastisch reduzierter Größe und verbesserter Leistung ebnen. Solche Sensoren werden ein weitreichendes Anwendungspotenzial haben, das mehrere wichtige wissenschaftliche und technologische Bereiche abdeckt, darunter biomedizinische Implantate, nanoskalige Robotik, tragbare Elektronik und Materialcharakterisierung.
NobleNEMS wird gefördert durch der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).
Projektpartner:
KTH Royal Institute of Technology, Division of Micro and Nanosystems, Stockholm, Schweden
II. Physikalisches Institut der RWTH Aachen, Aachen, Deutschland
Graphenea, San Sebastián, Spanien