Små kapacitiva grafenbaserade sensorer
Sammanfattning
Genomförbarhetsstudiens mål var att undersöka möjligheten att utveckla grafenbaserade flexibla, beröringsfria kapacitiva sensorer för att ge marknaden mindre (>50%) och flexibla positions- och gapsensorer som kan användas vid hög temperatur (>260 °C) med minimal uppvärmning i applikationer med höga elektriska och magnetiska fält.
En viktig insikt var att marknaden idag består av en mycket stor mängd kapacitiva sensorer av olika kapacitet och storlek. Detta behöver inte betyda att konkurrensen är för stor utan att det säkert finns intresse och nyfikenhet för ytterligare ett bra material som grafen, som dessutom erbjuder nya möjlighter map dimensionering, flexibilitet, högtemperaturanvändning och höga fält. Att generellt visa att vi är fria att tillverka och sälja kapacitiva sensorer är svårt pga den stora mångfalden och detta arbete måste fokuseras mot en specificerad framtida slutprodukt.
En annan viktig insikt är att en mycket stor del av hur bra en sensor upplevs vara egentligen beror på den mätutrustning som mäter kapacitansändring och omvandlar denna information till t.ex. uppmätt avstånd i ett luftgap. Designen av hela systemet är viktigt eftersom kapacitansändringar är mycket känsliga för omgivande delar och hur laddningar tillåts röra sig i systemet. Vi valde därför att göra en enkel sensor för att få tydliga mätningar som endast beror av grafenmatrialet och inte på en mängd olika ytterligare ingående material och design.
Projektet genomfördes i samarbete mellan Aninkco AB, MacDonald-Arnskov AB och Kungliga Tekniska Högskolan (KTH). Projektet började med att vi valde en möjlig sensortyp och en grafenbaserad testsensor tillverkades med valda ingående material. En liknande referenssensor baserad på silver tillverkades också. Slutligen mättes dessa sensorer med ett testsystem som vi byggt och som liknar verkliga industriinstallationer och vi kunde då visa att grafen har en hög potential att användas i kapacitiva sensorer. Vår grafensensor presterar lika bra som sin silver dito. Den är nästan linjär för luftgap i dimensioner av hundratals mikrometer. Eddy current mätningar visar att skiktet inte påverkas av höga elektriska och magnetiska fält. Våra experimentella studier verifierade att vårt grafenmaterial visar en bra potential.
