Separacja sygnaw zalenych od kierunku i prdkoci cieczy

Separacja sygnałów zależnych od kierunku i prędkości cieczy, generowanych w grafenowym czujniku przepływu P. Kaźmierczak 1, J. Binder 1, K. Boryczko 1, T. Ciuk 2, W. Strupiński 2, R. Stępniewski 1 and A. Wysmołek 1 Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, Pasteura 5, 02 -093 Warszawa, Polska Instytut technologii materiałów elektronicznych, Wólczynska 133, 01 -919 Warszawa, Polska 1 2

„Grafenowe, generacyjne czujniki przepływu” Projekt realizowany wspólnie z ITME, PIAP oraz APATOR POWOGAZ Finansowanie: Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Program Graf. Tech GRAF-TECH/NCBR/02/19/2012. 2

Plan prezentacji Szybki przegląd literatury Zjawiska występujące na styku grafen-ciecz Układ doświadczalny i próbki Wyniki doświadczalne Podsumowanie

Generacja sygnałów wywołana przepływem cieczy w materiałach węglowych A. K. Sood et al, Pramana J. Phys. 65 (2005) P Dhiman et al Nano Lett, 11, 3123, (2011)

Kontrowersje w literaturze J. Yin et al Nano Lett. 12, 1736, (2012) R. X. He et al. Nano Lett. 12, 1404, (2012)

Warstwa dyfuzyjna Warstwa Sterna OHP Zewnętrzna płaszczyzna Helmholtza Płaszczyzna ścinania Uwodniony kation Koncentracja Kationy=aniony Ciecz obojętna Koncentracja Kationy>aniony Płynąca ciecz Warstwa podwójna Uwodniony anion Specyficznie zaadsorbowany jon Cząstka wody IHP Wewnętrzna płaszczyzna Helmholtza Potencjał ζ zeta potencjał

Układ eksperymentalny Źródło prądu → V V pętla Pola kontaktowe Warstwa pasywacyjna Uziemienie A Grafen Źródło napięcia Obszar wytrawionego grafenu Ag/Ag. Cl Drut Pt VII Próbka I┷ I┷ Kierunek przepływu Elektroda (drut Pt)

Warstwa Sterna Elektroda Prąd I┴ Warstwa dyfuzyjna Płaszczyzna ścinania Pole kontaktowe i pasywacja V 1 Koncentracja Kationy>aniony Ciecz obojętna Koncentracja Kationy=aniony Pomiary napięcia i prądu Źródło napięcia → OHP IHP Źródło prądu V 1≠V 2≠V 3 V 2 Napięcia UII Grafen → V 3

Warstwa dyfuzyjna Płaszczyzna ścinania Warstwa Sterna Koncentracja Kationy=aniony Ciecz obojętna Pole kontaktowe i pasywacja V 1 Płynąca ciecz Koncentracja Kationy>aniony Płynąca ciecz Układ dla płynącej cieczy Elektroda Źródło napięcia → OHP IHP Źródło prądu V 1≠V 2≠V 3 V 2 Napięcia UII Grafen → V 3

ΔU (on-off) Jakie wyglądają wyniki? ΔU (w lewo/w prawo)

Warstwa Sterna Płynąca ciecz Elektroda Prąd I┴ Warstwa dyfuzyjna Płaszczyzna ścinania Pole kontaktowe i pasywacja V 1 Koncentracja Kationy>aniony Ciecz obojętna Koncentracja Kationy=aniony Co jeszcze powinniśmy wiedzieć? Źródło napięcia → OHP IHP Źródło prądu V 1≠V 2≠V 3 V 2 Napięcia UII Grafen → V 3

Generowane sygnały – UII oraz I┷ I┷ ΔI (on-off) UII ΔI (w lewo/w prawo) ΔU (w lewo/w prawo) Przepływ w lewo Przepływ w prawo

Separacja sygnału zależnego od kierunku i szybkości przepływu cieczy Surowe dane Dane po odjęciu Przepływ w lewo Przepływ w prawo

Wpływ potencjału na elektrodzie VII I┷ I┷ Kierunek przepływu Elektroda cieczy (Drut Pt)

Podsumowanie Wyizolowaliśmy sygnał zależny od kierunku i prędkości przepływającej cieczy Określiliśmy metodę ustalania odpowiednich warunków do generowania sygnałów w grafenie wywołanych przepływem cieczy Zaproponowaliśmy wyjaśnienie obserwowanych zjawisk związanych z generacją sygnału w grafenie w przepływającej cieczy

Dziękuje za uwagę !

What we have already tested Epitaxial graphene on Si. C (sublimated, CVD…) [*], PET Sample with metalic leads (Cr/Au, Pt/Au) and with graphene leads Different liquids and solutions - ethanol, isopropanol, distilled and tap water, aqueous solution of: HCl, Na. Cl Systems with and without additional electrodes (with and without bias) Different speed and liquid flow direction Different referance and working electrodes: Pt, Ag. Cl, Ag/Ag. Cl, graphene Different configurations of electrodes [*] W. Strupiński et al. Nano Letters 11 1786 (2011)

Typical experiment Epitaxial graphene on Si. C Sample with metalic leads Cr/Au passivated by layer of epoxy Aqueos solution of Na. Cl (~2%) Systems with two additional electrodes: working (Pt wire) and reference (Ag/Ag. Cl) Different speed (from 1 to 25 cm/s, mostly one speed ~20 cm/s) and different liquid flow direction

Liquid flow velocity