Usare il grafene per accelerometri a effetto tunnel perfetti

Gli accelerometri vengono utilizzati per un’ampia gamma di applicazioni, dai sistemi di navigazione degli aeromobili al rilevamento del movimento nelle automobili, fino ai dispositivi elettronici portatili. Le applicazioni più impegnative, tuttavia, richiedono accelerometri ad alta risoluzione, molto ingombranti e molto costosi da produrre.

Per questo tipo di applicazioni, come per esempio le misurazioni di microgravità, le misurazioni acustiche e la sismologia, l’uso di accelerometri a effetto tunnel potrebbe sembrare una conseguenza logica. Un enorme passo avanti rispetto alle loro controparti convenzionali è rappresentato dal fatto che possono essere prodotti a un costo molto più basso e con una precisione senza uguali. Tuttavia, la loro commercializzazione è ancora ostacolata dal complesso processo di fabbricazione e dall’instabilità a lungo termine.

Qui entra in gioco il progetto GRATA (Graphene Tunneling Accelerometer), che sta sviluppando il design di un accelerometro a effetto tunnel unico nel suo genere (e già brevettato) utilizzando il grafene. I suoi vantaggi tecnici, tra cui le dimensioni più piccole, la larghezza di banda più ampia, la fabbricazione più semplice e la stabilità naturale, lasciano già a bocca aperta gli esperti del settore. Tra le altre cose, questo tunnel potrebbe permettere la produzione di sensori di alta gamma basati sul grafene.

Il Prof. Dott. Pertti Hakonen, responsabile del progetto, ha illustrato il suo concetto di accelerometro a effetto tunnel, il processo di sviluppo e le prospettive di commercializzazione.

Quali lacune degli accelerometri a effetto tunnel intendevate colmare grazie a questo progetto?

La principale lacuna che abbiamo cercato di superare è la mancanza di una stabilità a lungo termine dei sensori a effetto tunnel basati sul silicone e ricoperti da metallo. Anche la sensibilità e la larghezza di banda verranno migliorate.

Perché pensa che il grafene possa essere una soluzione adeguata per raggiungere questo obiettivo?

Il grafene è noto per le sue proprietà meccaniche superiori (è un cristallo di carbonio leggero, resistente e robusto) e una buona conducibilità elettrica (non è necessario alcun rivestimento metallico). Abbiamo esperienza nel trattare questioni come la tensione nelle strutture MEMS di grafene. La natura del materiale e le nostre competenze rendono l’accelerometro a grafene una potenziale soluzione.

Quali sono state le principali difficoltà incontrate nel realizzare questi nuovi accelerometri a grafene?

La producibilità (e riproducibilità) è la sfida principale quando si passa dai campioni di laboratorio ai futuri accelerometri che potranno essere considerati un prodotto a tutti gli effetti.

Quali, secondo lei, sono stati i risultati più importanti finora conseguiti?

Abbiamo dimostrato che il piccolo interstizio non è soggetto a collasso, nemmeno in aria, il che è cruciale per la sua affidabilità. Il brevetto di base è stato depositato e un altro con i relativi materiali è in procinto di esserlo.

Che cosa resta ancora da fare prima del termine del progetto?

Dobbiamo costruire più prototipi che siano adeguatamente confezionati e raccogliere più dati dal laboratorio.

Quali tipi di applicazioni avete in mente per il sensore?

Il monitoraggio della vibrazione dei macchinari, ossia il metodo più diffuso per determinare il buon funzionamento delle attrezzature rotanti, è uno dei possibili esempi. Questa è un’applicazione importante per la sicurezza e la manutenzione intelligente nell’industria moderna, soprattutto nell’era dell’Internet delle cose.

Quanto pensate di essere vicini alla potenziale commercializzazione?

Difficile a dirsi. La commercializzazione richiede molto più tempo e altri mezzi rispetto a quelli a nostra disposizione per il lavoro di ricerca in laboratorio. Tuttavia, con l’archiviazione dei principali DPI e la raccolta di un maggior numero di dati sul campo, siamo sulla buona strada verso l’obiettivo della commercializzazione.