Графитовые пьезорезистивные сенсоры более технологичны в изготовлении, чем нынешние кремниевые. Но, несмотря на то что их сопротивление меняется в зависимости от степени растяжения графита, их чувствительность уступает показателям недешёвых кремниевых устройств.

Группа учёных во главе с Тин-Ко Каном (Ting-Kuo Kang) из Университета Чэн Шу (Тайвань) попробовала изменить ситуацию, разобравшись в механизме работы пьезорезистивного эффекта в этой форме углерода.

Рис. 1. Такие сенсоры можно буквально рисовать карандашом на бумаге! Проводя ток к микросхеме, они поднимают напряжение по мере роста прилагаемых к графитовой полоске усилий. (Здесь и ниже иллюстрации Kang et al.)

Пьезорезистивность характеризуется соотношением изменения электрического сопротивления к приложенной нагрузке, и для кремния этот показатель обычно выше 100, в то время как для графита он не достигает и 10.

Чтобы выявить методы улучшения последнего, учёные испытали 12 разновидностей графита разного состава и пришли к выводу, что наилучшие параметры имеют те его типы, что содержат больше всего глинистых включений. В таком случае слои графита играют роль проводника, а перемежающая их глина — изолятора, что создает структуры вида «металл — изолятор — металл».

По результатам опытов удалось выяснить, что

искусственное модифицирование графитовых материалов с преднамеренным выращиванием многослойных структур «графит — глина» способно значительно приблизить эффективность пьезорезистивных сенсоров к уровню кремниевых — при значительно меньшей цене.

Рис. 2. Разные типы графита содержат разный процент глинистых включений, и чем он больше, тем выше пьезорезиствные параметры материала.

Как подчёркивают исследователи,

в этом случае окажется возможной замена кремниевых аналогов в современных электронных сенсорах давления, акселерометрах, биологических сенсорах и ряде других устройств.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Applied Physics Letters.