Små kapacitiva grafenbaserade sensorer (avslutat)

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.

Abstract in English

Small capacitive graphene-based sensors

The feasibility study's goal was to investigate the possibility of developing graphene-based flexible, non-contact capacitive sensors to give the market less (> 50%) and flexible position and gap sensors that can be used at high temperature (> 260 ° C) with minimal heating in applications with high electrical and magnetic fields.

An important insight was that the market today consists of a very large number of capacitive sensors of different capacity and size. This does not mean that the competition is too great, but that there is certainly interest and curiosity for another good material such as graphene, which also offers new possibilities of dimensioning, flexibility, high temperature use and high fields. Generally speaking, implying that we are free to manufacture and sell capacitive sensors is difficult due to the large diversity and this work must be focused on a specified future end product.

Another important insight is that a very large part of how good a sensor is perceived to be really depends on the measuring equipment that measures capacitance change and converts this information to e.g. measured distance in an air gap. The design of the entire system is important because capacitance changes are very sensitive to surrounding parts and how charges are allowed to move in the system. We therefore chose to make a simple sensor to get clear measurements that only depend on the graphite matrix and not on a variety of additional material and design.

The project was carried out in collaboration between Aninkco AB, MacDonald-Arnskov AB and the Royal Institute of Technology (KTH). The project started by choosing a possible sensor type and a graph-based test sensor was manufactured with selected input materials. A similar reference sensor based on silver was also manufactured. Finally, these sensors were measured with a test system that we built, and which are similar to actual industrial installations. We could then show that graphene has a high potential to be used in capacitive sensors. Our graphene sensor performs as well as its silver ditto. It is almost linear for air gap in the dimensions of hundreds of microns. Eddy current measurements show that the layer is not affected by high electrical and magnetic fields. Our experimental studies verified that our graphene material shows good potential.

Utlysning:
Samverkan för kommersiella tillämpningar med grafen – hösten 2018

Projektpartners: Aninkco AB, MacDonald-Arnskov AB och Kungliga Tekniska Högskolan (KTH)

Projektledare: Carina Zaring

E-mail: carina.zaring@aninkco.com

Bidrag: 300 000 kr

Projektets löptid: 1 dec 2018 - 31 maj 2019

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: