Ultra-sensitive graphene membranes for microphone applications
Gabriele Baglioni, Roberto Pezone, Sten Vollebregt, Katarina Cvetanovic, Marko Spasenovic, Dejan Todorovic, Hanqing Liu, Gerard J. Verbiest, Herre S. J. van der… 展开作者
Gabriele Baglioni, Roberto Pezone, Sten Vollebregt, Katarina Cvetanovic, Marko Spasenovic, Dejan Todorovic, Hanqing Liu, Gerard J. Verbiest, Herre S. J. van der Zant, y, Peter G. Steeneken
Microphones exploit the motion of suspended membranes to detect sound waves. Since the microphone performance can be improved by reducing the thickness and mass of its sensing membrane, graphene-based microphones are expected to outperform state-of-the-art microelectromechanical (MEMS) microphones and allow further miniaturization of the device. Here, we present a laser vibrometry study of the acoustic response of suspended multilayer graphene membranes for microphone applications. We address performance parameters relevant for acoustic sensing, including mechanical sensitivity, limit of detection and nonlinear distortion, and discuss the trade-offs and limitations in the design of graphene microphones. We demonstrate superior mechanical sensitivities of the graphene membranes, reaching more than 2 orders of magnitude higher compliances than commercial MEMS devices, and report a limit of detection as low as 15 dBSPL, which is 10 - 15 dB lower than that featured by current MEMS microphones.
Sensitive capacitive pressure sensors based on graphene membrane arrays
石墨烯膜的高柔性、不渗透性和强度是能够实现下一代纳米机械传感器的关键特性。然而，对于电容式压力传感器，由单个悬浮的石墨烯膜提供的灵敏度太小而不能与商业传感器竞争。在这里，我们实现了由近万个小型独立双层石墨烯膜阵列组成的高灵敏度电容式压力传感器。我们使用一种即使在高温退火后也能保持石墨烯优越的材料和机械性能的方法制造大阵列的小直径膜。这些传感器使用低成本电池供电的电路板读取，响应度高达47.8 aF Pa $^{-1}$ mm $^{-2}$，从而优于商业传感器。
Giant photo-effect in proton transport through graphene membranes
石墨烯最近被证明对热质子（氢原子的核）是可渗透的，这引发了人们对其在相关技术中用作质子传导膜的兴趣。然而，光对质子渗透的影响仍然是未知的。在这里，我们报告说，质子传输通过Pt纳米粒子修饰的石墨烯可以增强强烈的照射它与可见光。通过电学测量和质谱分析，我们发现它的光响应度为10^4 A W-1，这意味着每个光子可以获得10^4个质子，响应时间在微秒范围内。这些特性与基于使用硅和新型二维材料的电子输运的最先进的光电探测器的特性具有竞争力。光质子效应对于石墨烯在燃料电池和氢同位素分离中的预期用途可能是重要的。我们的观察结果也可以为其他应用，如光诱导水分裂，荧光和新型光电探测器的兴趣。
Mapping nanoscale dynamic properties of suspended and supported multi-layer graphene membranes via contact resonance and ultrasonic scanning probe microscopies
Vertically-Oriented Graphene Oxide Membranes for High-Performance Osmotic Energy Conversion
反向电渗析是一种很有前途的收集海水和淡水之间储存的渗透能的方法，但是半个世纪以来，制备具有超过5.0 W $m^{-2}$的工业基准功率密度的选择性渗透膜一直是一个长期的挑战。在此，我们报告了一种垂直取向的氧化石墨烯膜（V-GOMs），其具有高离子选择性和超快离子渗透的组合，其渗透率比广泛研究的水平堆叠的GOMs（H-GOMs）高三个数量级。通过混合人工海水和河水，我们获得了前所未有的10.6 W $m^{-2}$的高输出功率密度，超过了现有的所有材料。分子动力学（MD）模拟揭示了V-GOMs中的超快输运机制是由于离子快速进入和V-GOMs中大的可及区域以及明显的短扩散路径。这些结果将促进渗透能的实际应用，并为涉及超快传输的各种系统（例如过滤和催化）带来创新的设计策略。
Doped graphene/carbon black hybrid catalyst giving enhanced oxygen reduction reaction activity with high resistance to corrosion in proton exchange membrane fuel cells
碳的氮掺杂是通过铂-氮和碳-氮键改善质子交换膜燃料电池催化剂性能和耐久性的重要方法。该研究表明，连接铂和石墨烯/炭黑（石墨烯/炭黑的比例= 2/3）杂化载体材料的对苯基和石墨N作用桥实现了铂纳米颗粒的平均尺寸为（4.88 +/-1.79）nm。在0.60 V时，它使低温氢燃料电池的性能提高到0.934 W cm-2，是商用Pt/C的1.55倍。掺杂还增强了Pt与载体材料之间的相互作用和抗腐蚀性，从而提高了低温氢燃料电池的耐久性，在30k循环的原位加速应力降解试验中，Pt/C的催化剂降解衰减为92 mV，在0.80 A cm-2处的衰减为10 mV，远低于能源部的目标（<30 mV）。同时，Pt/NrEGO2-CB3在1.5A cm-2的碳腐蚀原位加速应力试验中，经过5k次循环后，仍保持初始功率密度的78%，比商业Pt/C的功率密度稳定，加速应力试验后仅保持54%。
