Preparación de películas delgadas de grafeno para aplicaciones como sensor acústico
El grafeno es un material bidimensional conformado por átomos de carbono, el cual tiene varias propiedades físicas, las cuales incluyen su flexibilidad, una gran rigidez mecánica y el poseer una alta conductividad tanto térmica como eléctrica. Debido a dichas características se ha utilizado el grafe...
- Autores:
-
Guerrero Flórez, Jennifer Vanessa
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad de los Andes
- Repositorio:
- Séneca: repositorio Uniandes
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/69032
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/1992/69032
- Palabra clave:
- Grafeno
Sensor acústico
Películas delgadas
Nanomateriales
Física
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El grafeno es un material bidimensional conformado por átomos de carbono, el cual tiene varias propiedades físicas, las cuales incluyen su flexibilidad, una gran rigidez mecánica y el poseer una alta conductividad tanto térmica como eléctrica. Debido a dichas características se ha utilizado el grafeno para la creación de distintos sensores y dispositivos en los últimos años. Una de las aplicaciones que se ha realizado es la creación de sensores acústicos basados en grafeno, los cuales se benefician del efecto piezorresistivo, el cual se manifiesta cuando sufre una deformación mecánica. En el presente proyecto se presenta la fabricación de películas delgadas de grafeno con fines de detección acústica. Para la preparación de grafeno se utilizó el método de exfoliación electroquímica desarrollado en el laboratorio de nanomateriales de la Universidad de los Andes. Se exploraron las respuestas a una onda acústica para películas de distintos grosores, las cuales iban desde 3µm hasta 20µm. Se encontró que las películas fabricadas detectan señales acústicas de frecuencia constante, sin embargo, no pueden detectar ondas con varias frecuencias, como lo es una canción. |
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J. Li, Z. Liao, T. Liang, S. Zhang, B. Tang, X. Fu, G. Li, and Y. Huang, "High sensitivity, fast response and anti-interference crack-based reduced graphene oxide strain sensor for pig acoustic recognition," Computers and Electronics in Agriculture, vol. 200, p. 107267, 2022. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0168169922005804 M. Rapisarda, G.-P. Malfense Fierro, and M. Meo, "Ultralight graphene oxide/polyvinyl alcohol aerogel for broadband and tuneable acoustic properties," Scientific reports, vol. 11, no. 1, pp. 1-10, 2021 L.-Q. Tao, H. Tian, Y. Liu, Z.-Y. Ju, Y. Pang, Y.-Q. Chen, D.-Y. Wang, X.-G. Tian, J.-C. Yan, N.-Q. Deng et al., "An intelligent artificial throat with sound-sensing ability based on laser induced graphene," Nature communications, vol. 8, no. 1, p. 14579, 2017. B. Lu, L. Lv, H. Yang, J. Gao, T. Xu, G. Sun, X. Jin, C. Shao, L. Qu, and J. Yang, "High performance broadband acoustic absorption and sound sensing of a bubbled graphene monolith," Journal of Materials Chemistry A, vol. 7, no. 18, pp. 11 423-11 429, 2019. A. Dorri Moghadam, E. Omrani, P. L. Menezes, and P. K. Rohatgi, "Mechanical and tribological properties of self-lubricating metal matrix nanocomposites reinforced by carbon nanotubes (cnts) and graphene - a review," Composites. Part B, Engineering, vol. 77, pp. 402-420, 2015. G. Cocco, E. Cadelano, and L. Colombo, "Gap opening in graphene by shear strain," Physical review. B, Condensed matter and materials physics, vol. 81, no. 24, 2010. S. Miryala, V. Tenace, A. Calimera, E. Macii, and M. Poncino, "Ultra-low power circuits using graphene pn junctions and adiabatic computing," Microprocessors and Microsystems, vol. 39, no. 8, pp. 962-972, 2015. [Online]. Available: https: //www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141933115000708 I. Roy, G. Sarkar, S. Mondal, D. Rana, A. Bhattacharyya, N. R. Saha, A. Adhikari, D. Khastgir, S. Chattopadhyay, and D. Chattopadhyay, "Synthesis and characterization of graphene from waste dry cell battery for electronic applications," RSC advances, vol. 6, no. 13, pp. 10 557-10 564, 2016. F. Li, T. Shen, C. Wang, Y. Zhang, J. Qi, and H. Zhang, "Recent advances in strain-induced piezoelectric and piezoresistive effect-engineered 2d semiconductors for adaptive elec tronics and optoelectronics," Nano-Micro Letters, vol. 12, pp. 1-44, 2020. Q. Zheng, J.-h. Lee, X. Shen, X. Chen, and J.-K. Kim, "Graphene-based wearable piezoresistive physical sensors," Materials today (Kidlington, England), vol. 36, pp. 158-179, 2020. M. Mamouei, K. Budidha, N. Baishya, M. Qassem, and P. Kyriacou, "An empirical investigation of deviations from the beerlambert law in optical estimation of lactate," Scientific Reports, vol. 11, no. 1, pp. 1-9, 2021. J. Myers, B. Curtis, and W. Curtis, "Improving accuracy of cell and chromophore concentration measurements using optical density," BMC biophysics, vol. 6, p. 4, 04 2013. M. J. Epstein, Sound and noise : a listener's guide to everyday life. Montreal y Kingston: McGill-Queen's University Press, 2020. D. Fink, "A new definition of noise: noise is unwanted and/or harmful sound. noise is the new "secondhand smoke"." in Proceedings of Meetings on Acoustics 178ASA, vol. 39, no. 1. Acoustical Society of America, 2019, p. 050002. R. D. Blevins, Formulas for dynamics, acoustics and vibration, ser. Wiley Series in Acoustics Noise and Vibration. Chichester, [England]: Wiley, 2016 - 2016. Springer Handbook of Acoustics, 2nd ed., ser. Springer Handbooks. New York, NY: Springer New York, 2014. B. Carter, Op amps for everyone, fifth edition. ed. Oxford, [England] ;: Newnes, 2018 - 2018. E. Santos, M. Khosravy, M. A. Lima, A. S. Cerqueira, C. A. Duque, and A. Yona, "High accuracy power quality evaluation under a colored noisy condition by filter bank esprit," Electronics, vol. 8, no. 11, p. 1259, 2019. C. Bujoreanu, F. Nedeff, M. Benchea, and M. Agop, "Experimental and theoretical considerations on sound absorption performance of waste materials including the effect of backing plates," Applied Acoustics, vol. 119, pp. 88-93, 2017. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003682X1630603X M. Rahimabady, E. C. Statharas, K. Yao, M. Sharifzadeh Mirshekarloo, S. Chen, and F. E. H. Tay, "Hybrid local piezoelectric and conductive functions for high performance airborne sound absorption," Applied Physics Letters, vol. 111, no. 24, p. 241601, 2017. J. Rico, M. Castaño-Soto, N. Lopez-Arango, and Y. Hernandez, "Influence of c=o groups on the optical extinction coefficient of graphene exfoliated in liquid phase," Journal of physics. Condensed matter, vol. 34, no. 10, pp. 105 701-, 2022. |
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Una de las aplicaciones que se ha realizado es la creación de sensores acústicos basados en grafeno, los cuales se benefician del efecto piezorresistivo, el cual se manifiesta cuando sufre una deformación mecánica. En el presente proyecto se presenta la fabricación de películas delgadas de grafeno con fines de detección acústica. Para la preparación de grafeno se utilizó el método de exfoliación electroquímica desarrollado en el laboratorio de nanomateriales de la Universidad de los Andes. Se exploraron las respuestas a una onda acústica para películas de distintos grosores, las cuales iban desde 3µm hasta 20µm. Se encontró que las películas fabricadas detectan señales acústicas de frecuencia constante, sin embargo, no pueden detectar ondas con varias frecuencias, como lo es una canción.Graphene is a two-dimensional material of carbon atoms, which holds several physical properties, including its flexibility, great mechanical stiffness, and high thermal and electrical conductivity. Because of these characteristics, graphene has been used for the creation of different sensors and devices in recent years. One of the applications that has been developed is the creation of acoustic sensors based on graphene, which benefit from the piezoresistive effect, that is manifested by a mechanical deformation of the graphene. Herein we present the fabrication of graphene thin films for acoustic detection. Graphene was prepared by electrochemical exfoliation at the Nanomaterials lab at Universidad de los Andes. Different responses to an acoustic wave for films of varying thicknesses were explored, which ranged from 3µm to 20µm. We found that the fabricated films detect constant frequency acoustic signals, however, they cannot detect waves with multiple frequencies, such as a song.FísicoPregrado45 páginasapplication/pdfspaUniversidad de los AndesFísicaFacultad de CienciasDepartamento de FísicaPreparación de películas delgadas de grafeno para aplicaciones como sensor acústicoTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TPGrafenoSensor acústicoPelículas delgadasNanomaterialesFísicaJ. Li, Z. Liao, T. Liang, S. Zhang, B. Tang, X. Fu, G. Li, and Y. Huang, "High sensitivity, fast response and anti-interference crack-based reduced graphene oxide strain sensor for pig acoustic recognition," Computers and Electronics in Agriculture, vol. 200, p. 107267, 2022. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0168169922005804M. Rapisarda, G.-P. Malfense Fierro, and M. Meo, "Ultralight graphene oxide/polyvinyl alcohol aerogel for broadband and tuneable acoustic properties," Scientific reports, vol. 11, no. 1, pp. 1-10, 2021L.-Q. Tao, H. Tian, Y. Liu, Z.-Y. Ju, Y. Pang, Y.-Q. Chen, D.-Y. Wang, X.-G. Tian, J.-C. Yan, N.-Q. Deng et al., "An intelligent artificial throat with sound-sensing ability based on laser induced graphene," Nature communications, vol. 8, no. 1, p. 14579, 2017.B. Lu, L. Lv, H. Yang, J. Gao, T. Xu, G. Sun, X. Jin, C. Shao, L. Qu, and J. Yang, "High performance broadband acoustic absorption and sound sensing of a bubbled graphene monolith," Journal of Materials Chemistry A, vol. 7, no. 18, pp. 11 423-11 429, 2019.A. Dorri Moghadam, E. Omrani, P. L. Menezes, and P. K. Rohatgi, "Mechanical and tribological properties of self-lubricating metal matrix nanocomposites reinforced by carbon nanotubes (cnts) and graphene - a review," Composites. Part B, Engineering, vol. 77, pp. 402-420, 2015.G. Cocco, E. 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Zheng, J.-h. Lee, X. Shen, X. Chen, and J.-K. Kim, "Graphene-based wearable piezoresistive physical sensors," Materials today (Kidlington, England), vol. 36, pp. 158-179, 2020.M. Mamouei, K. Budidha, N. Baishya, M. Qassem, and P. Kyriacou, "An empirical investigation of deviations from the beerlambert law in optical estimation of lactate," Scientific Reports, vol. 11, no. 1, pp. 1-9, 2021.J. Myers, B. Curtis, and W. Curtis, "Improving accuracy of cell and chromophore concentration measurements using optical density," BMC biophysics, vol. 6, p. 4, 04 2013.M. J. Epstein, Sound and noise : a listener's guide to everyday life. Montreal y Kingston: McGill-Queen's University Press, 2020.D. Fink, "A new definition of noise: noise is unwanted and/or harmful sound. noise is the new "secondhand smoke"." in Proceedings of Meetings on Acoustics 178ASA, vol. 39, no. 1. Acoustical Society of America, 2019, p. 050002.R. D. Blevins, Formulas for dynamics, acoustics and vibration, ser. Wiley Series in Acoustics Noise and Vibration. Chichester, [England]: Wiley, 2016 - 2016.Springer Handbook of Acoustics, 2nd ed., ser. Springer Handbooks. New York, NY: Springer New York, 2014.B. Carter, Op amps for everyone, fifth edition. ed. Oxford, [England] ;: Newnes, 2018 - 2018.E. Santos, M. Khosravy, M. A. Lima, A. S. Cerqueira, C. A. Duque, and A. Yona, "High accuracy power quality evaluation under a colored noisy condition by filter bank esprit," Electronics, vol. 8, no. 11, p. 1259, 2019.C. Bujoreanu, F. Nedeff, M. Benchea, and M. Agop, "Experimental and theoretical considerations on sound absorption performance of waste materials including the effect of backing plates," Applied Acoustics, vol. 119, pp. 88-93, 2017. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003682X1630603XM. Rahimabady, E. C. Statharas, K. Yao, M. Sharifzadeh Mirshekarloo, S. Chen, and F. E. H. Tay, "Hybrid local piezoelectric and conductive functions for high performance airborne sound absorption," Applied Physics Letters, vol. 111, no. 24, p. 241601, 2017.J. Rico, M. Castaño-Soto, N. Lopez-Arango, and Y. Hernandez, "Influence of c=o groups on the optical extinction coefficient of graphene exfoliated in liquid phase," Journal of physics. Condensed matter, vol. 34, no. 10, pp. 105 701-, 2022.201912742Publicationhttps://scholar.google.es/citations?user=KXWwfMMAAAAJvirtual::15295-10000-0002-6980-8820virtual::15295-1https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000318566virtual::15295-15ec439ad-c826-485e-8b94-d4fe2bfc1017virtual::15295-15ec439ad-c826-485e-8b94-d4fe2bfc1017virtual::15295-1THUMBNAILPreparacion de peliculas delgadas de grafeno para aplicaciones como sensor acustico.pdf.jpgPreparacion de peliculas delgadas de grafeno para aplicaciones como sensor acustico.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7727https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/97d09032-bb6d-40c2-b11f-6de407c545fd/downloada2c307b44f3cbbb2f6451e4a29294d67MD56Formato de autorización y entrega de tesis al sistema de bibliotecas Jennifer Guerrero.pdf.jpgFormato de autorización y entrega de tesis al sistema de bibliotecas Jennifer Guerrero.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg15832https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/be3dce14-e292-4327-aaf9-70b7d67a0438/download330b0cf2f9a521507868faaff3813381MD58LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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