آشکار ساز تابشی جدید، برپایه گرافن

گرافن ماده ای بسیار مهم و قابل توجه است و ویژگی دارد که هر یک می توانند انقلابی بزرگ در هر یک از زمینه های علم و صنعت ایجاد کنند. سبک، محکم،شفاف و رسانای جریان برق ؛ همچنین این قابلیت را دارد که گرما را به الکتریسیته تبدیل کند. دانشمندان اخیرا از ویژگی ترموالکتریک گرافن برای تولید یک آشکار ساز تابش (radiation detector) استفاده کرده اند. این دستگاه جدید در دسته بولومترها( تابش سنج ها) طبقه بندی می شود و زمان پاسخدهی بسیار کوتاهی داشته و برخلاف سایر بولومتر ها در محدوده دمایی وسیعی کار می کند. این دستگاه با طراحی ساده و قیمت نسبتا مناسب می تواند گسترش یافته و در بسیاری از کاربردهای تجاری استفاده شود. آشکارساز تابشی بر پایه گرافن در ژورنال AIP Publishing بخش Applied Physics Letters معرفی شده است.

مقاله مرتبط: شکل جدیدی از کربن؛ سخت‌تر از الماس، منعطف‌تر از لاستیک

با کشف گرافن در سال ۲۰۰۴ ، انتظار می رفت که این ماده در زمینه تمام تکنولوژی ها ی جدید پیشرو باشد. اما بر اساس گفته های گریگوری اسکوبلین از دانشگاه صنعتی چالمرز سوئد، در استفاده از این ماده برخی از محدودیت های پایه ای وجود دارد و امروزه کاربرد صنعتی واقعی گرافن با محدودیت مواجه است.

مقاله مرتبط: گرافن‌های هوشمند برای نمك‌زدايی از آب

گرافن از لایه های منفرد اتم های کربن تشکیل شده است که یک شبکه ی شش ضلعی و مسطح را تشکیل می دهند و بیشترین استفاده از آن به خاطر ویژگی های فیزیکی منحصر به فردش می باشد. اما این دستگاه جدید اثبات می کند که ویژگی های بنیادی تر این ماده نیز می تواند در تکنولوژی مورد استفاده قرار بگیرد. بولومتر جدید بر پایه ی ویژگی ترموالکتریک کربن ساخته شده است. تابش ها بخشی از دستگاه را گرم می کنند، و در نتیجه ی آن الکترون ها به جنبش در می آیند. با جنبش و جابه جایی الکترون ها میدان الکتریکی تولید می شود که سبب ایجاد اختلاف ولتاژ خواهد شد. این اختلاف ولتاژ نیز سبب اندازه گیری مستقیم پرتوها می شود. دستگاه های دیگر بر تولید جریان الکتریکی یا تغییر مقاومت با ورود پرتو متکی هستند. اما اندازه گیری تغییرات جریان یا مقاومت نیاز به منبع نیروی خارجی برای تولید یک جریان اولیه دارد. طبق اظهارات اسکوبلین این مکانیسم در دستگاه جدید بسیار ساده تر است. قطعه گرافنی که در این بولومتر استفاده شده بسیار سریع است زیرا به سرعت گرم شده و در مدت زمان کمی پاسخ می دهد. علاوه برا این تا دمای ۲۰۰درجه ی سلسیوس، حساسیت دستگاه نسبت به پرتو ها حفظ می شود. بولومتر های معمولی اما ، فقط در دماهای پایین کار می کنند.

تحقیقات دیگری نیز قبلا در زمینه ساخت بولومتر های گرافنی انجام شده بود؛ حتی با ویژگی هایی بهتر از این بولومتر جدید. اما در مدل های قبلی از دولایه گرافن استفاده شده بود که مقیاس کردن آنها را سخت تر می کرد. ویژگی مثبت دیگر، پوشش آن است. دانشمندان روشی برای پوشش گرافن با یک پلیمر دی الکتریک به نام پاریلن (parylene) یافته بودند که مقیاس پذیری (scalability) و عملکرد خوبی به این ماده می دهد. اسکولبید می گوید:

اگر در پوشش گرافن از نیترید بور شش ضلعی  استفاده شود، عملکرد بهتری نیز خواهد داشت. اما به دست آوردن این ماده و تکنیک های استفاده از آن بسیار سخت است و نمی توان در مقیاس گسترده استفاده نمود.

اما مطالعات دیگر نشان می دهند که استفاده از نیترید بور شش ضلعی در پوشش گرافن، بازده آن را کاهش خواهد داد.

نمونه آزمایشی این بولومتر تنها با امواج مایکرویو در بسامد ۹۴ گیگاهرتز کار می کنند؛ اما در نمونه های آینده بازه بسامد افزایش خواهد یافت. دانشمندان امیدوارند با انباشت به روش تبخیر شیمیایی یا رسوب شیمیایی فاز بخار ، قطعات بزرگتری از گرافن تولید کنند تا راه تولید انبوه این دستگاه هموار تر شود.