Pesquisadores apresentaram um novo sensor de pressão baseado em grafeno capaz de fornecer leituras precisas mesmo sob variações significativas de temperatura. O dispositivo, descrito em artigo publicado em 10 de novembro de 2025 na revista Advanced Science, utiliza dois ressonadores de grafeno para compensar automaticamente os efeitos térmicos, mantendo estabilidade e sensibilidade superiores às de sensores de silício convencionais.
Como funciona
O núcleo do sensor é formado por duas membranas de grafeno suspensas sobre um diafragma de silício. Uma das membranas responde simultaneamente a pressão e temperatura; a segunda reage apenas às mudanças térmicas. Ao comparar a frequência de vibração das duas, o sistema elimina quase todo o desvio provocado pelo calor, isolando o sinal real de pressão.
As membranas vibram quando aquecidas por um laser modulado. Um segundo feixe, refletido numa cavidade óptica Fabry-Pérot, detecta pequenas variações nessa frequência. Qualquer alteração na pressão externa modifica a tensão da membrana sensível e, consequentemente, sua frequência de ressonância.
Estrutura selada a vácuo
Para aumentar o desempenho, o conjunto é selado a vácuo por ligação anódica entre silício e vidro. Sem ar dentro da cavidade, as vibrações perdem menos energia, elevando o fator de qualidade de cerca de 10 (em ar) para 274 no vácuo. Um anel fino de dióxido de silício reforça a borda do grafeno e evita escorregamento, reduzindo a histerese.
Resultados de desempenho
O sensor registrou sensibilidade média de 24,1 kHz/kPa em uma faixa de 0,001 a 500 kPa, valor cerca de 68 vezes superior ao de dispositivos de silício similares. A histerese em escala total ficou em 0,31%, enquanto a repetibilidade alcançou 0,75% após vários ciclos de pressão. O menor passo detectado foi de 8,64 Pa a 100 kPa e 25 °C, equivalendo a aproximadamente um metro de variação de altitude.
Os dois ressonadores apresentaram mudanças de frequência praticamente idênticas com a temperatura, entre 5,6 e 5,8 kHz/°C. Após a compensação, o erro máximo de pressão entre 40 °C e 120 °C caiu para 6,51 kPa (1,3% da escala completa); sem o método, superaria 21 kPa.
Imagem: comparing two vibrating graphene mbran
Teste em campo
Para validação externa, a equipe instalou o sensor em um drone e mediu a altitude durante subidas graduais até 80 m. As leituras derivadas da pressão coincidiram com o altímetro embarcado do equipamento com diferença inferior a um metro.
Segundo os autores, a combinação de alta sensibilidade, ampla faixa de operação e baixo desvio de longo prazo abre caminho para aplicações em navegação aeroespacial, monitoramento automotivo, dispositivos médicos e sensores ambientais compactos.
Com informações de Nanowerk
