A Graphene Week 2015 está repleta de excelentes resultados de pesquisa, mas uma apresentação criou um grande rebuliço nesta conferência Graphene Flagship. Para um público atordoado, Robert Roelver, da empresa de engenharia Bosch, com sede em Stuttgart, relatou na quinta-feira que os pesquisadores da empresa, junto com cientistas do Instituto Max-Planck para Pesquisa de Estado Sólido, criaram um sensor magnético baseado em grafeno 100 vezes mais sensível do que um dispositivo equivalente baseado em silício.

A Bosch está envolvida há muito tempo na tecnologia de sensores, notadamente no setor automotivo. Em 2008, a empresa se expandiu além de sua pressão, sensores de aceleração e movimento giroscópico, para geomagnético, temperatura, umidade, dispositivos de qualidade do ar e pressão sonora, inclusive para uso em dispositivos eletrônicos de consumo, como telefones celulares. Roelver observou que a Bosch é o fornecedor número um do mundo de sensores microeletromecânicos, com € 1 bilhão em vendas.

Interessado em saber se o grafeno pode permitir novos aplicativos e melhorar o desempenho do sensor, A Bosch vem investigando o uso do material bidimensional em sua pressão, magnético, umidade, dispositivos de pressão sonora e de gás. O primeiro passo foi examinar os métodos de fabricação.

Abordagens de cima para baixo para a fabricação de dispositivos de grafeno, como esfoliação mecânica e química, não funcionariam em escala comercial, então a Bosch se concentrou em técnicas de baixo para cima, como a decomposição térmica do carboneto de silício, e deposição de vapor químico em superfícies metálicas. Este último certamente é adequado para produção em massa, e o primeiro possivelmente sim.

Roelver advertiu que as aplicações de sensores baseados em grafeno exigirão de 5 a 10 anos antes de poderem competir com as tecnologias estabelecidas. Isso se deve à falta atual de técnicas de síntese em larga escala baseadas em wafer e sem transferência.

Vários substratos foram considerados pelos pesquisadores da Bosch e Max-Planck, que no caso de seu sensor magnético se estabeleceu em nitreto de boro hexagonal. Isso ocorre por razões de custo e desempenho técnico.

Os sensores magnéticos da Bosch são baseados no efeito Hall, em que um campo magnético induz uma força de Lorentz em portadores de carga elétrica em movimento, levando à deflexão e uma tensão Hall mensurável. O desempenho do sensor é definido por dois parâmetros:(1) sensibilidade, que depende do número de operadoras de cobrança, e (2) consumo de energia, que varia inversamente com a mobilidade do portador de carga. É a alta mobilidade da portadora que torna o grafeno útil em tais aplicações, e os resultados alcançados pela equipe liderada pela Bosch confirmam isso.

Comparando e contrastando materiais, Roelver em sua apresentação da Graphene Week mostrou que os piores cenários de grafeno correspondem aproximadamente a uma referência de silício. Na melhor das hipóteses, o resultado é uma grande melhoria em relação ao silício, com muito menor corrente de fonte e requisitos de energia para uma dada sensibilidade Hall. Resumidamente, o grafeno fornece um sensor magnético de alto desempenho com requisitos de baixo consumo de energia e pegada.

Em termos de números concretos, o resultado notável mostrado por Roelver centrado em uma comparação direta entre a sensibilidade de um sensor Hall baseado em silício com a do dispositivo de grafeno Bosch-MPI. O sensor de silício tem uma sensibilidade de 70 volts por amp-tesla, enquanto que com o nitreto de boro e o dispositivo de grafeno, o valor é 7, 000. Essa é uma melhoria de duas ordens de magnitude de cair o queixo, daí a reação na sala de conferências da Semana do Graphene.

Depois de resumir este impressionante resultado de pesquisa, Roelver concluiu com uma nota alta, enfatizando que a Bosch leva o grafeno muito a sério como uma futura tecnologia comercial.

“Estamos satisfeitos em ver que a Semana do Grafeno foi escolhida como o fórum para divulgar um marco tecnológico tão importante, "diz Andrea Ferrari, presidente da Diretoria Executiva da Flagship Graphene. "O apelo da Bosch para a integração em grande área do grafeno nos processos industriais corresponde e valida totalmente os investimentos planejados da principal empresa nesta área crítica para a produção em massa de dispositivos."