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

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

Szybki przegląd literaturyZjawiska występujące na styku grafen-cieczUkład doświadczalny i próbkiWyniki doświadczalnePodsumowanie Plan prezentacji

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)

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

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

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

Elektroda Pole kontaktowe i pasywacja IHP OHP Ciecz obojętna Warstwa dyfuzyjna Warstwa Sterna Płaszczyzna ścinania Koncentracja Kationy>aniony Koncentracja Kationy=aniony → Napięcia U II → Źródło napięcia Źródło prądu V1V1 V2V2 V3V3 V 1 ≠V 2 ≠V 3 Pomiary napięcia i prądu Grafen Prąd I ┴

IHP OHP Ciecz obojętna Warstwa dyfuzyjna Warstwa Sterna Grafen Płaszczyzna ścinania → V1V1 V2V2 V3V3 Płynąca ciecz Napięcia U II Układ dla płynącej cieczy Płynąca ciecz Koncentracja Kationy>aniony Koncentracja Kationy=aniony Elektroda Pole kontaktowe i pasywacja → Źródło napięcia Źródło prądu V 1 ≠V 2 ≠V 3

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

IHP OHP Ciecz obojętna Warstwa dyfuzyjna Warstwa Sterna Płaszczyzna ścinania → V1V1 V2V2 V3V3 Napięcia U II Co jeszcze powinniśmy wiedzieć? Grafen Prąd I ┴ Płynąca ciecz Koncentracja Kationy>aniony Koncentracja Kationy=aniony Elektroda Pole kontaktowe i pasywacja → Źródło napięcia Źródło prądu V 1 ≠V 2 ≠V 3

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

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

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 Podsumowanie

Dziękuje za uwagę !

Epitaxial graphene on SiC (sublimated, CVD…) [*], PETSample 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, NaCl Systems with and without additional electrodes (with and without bias)Different speed and liquid flow directionDifferent configurations of electrodes Different referance and working electrodes: Pt, Ag, AgCl, Ag/AgCl, graphene What we have already tested [*] W. Strupiński et al. Nano Letters (2011)

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

Liquid flow velocity