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美造出透明超延展压力传感器 可用于电子领域

  据美国物理学家组织网10月25日(北京时间)报道,美国斯坦福大学化学家开发出一种人造“超级皮肤”传感器,能精确测量加在其上面的压力,可用于多种医疗或电子领域,如制造触感义肢、机器人、压力传感绷带、计算机触摸屏等。相关论文发表在10月23日的《自然·纳米技术》上。

  由斯坦福大学化学工程副教授鲍哲南(音译)领导的研究小组开发出的这种新式传感器就像一种透明的“超级皮肤”,具有惊人的弹性。其关键成分是一种透明的单壁碳薄膜,就像微型弹簧,让传感器能精确测量加在其上面的压力。

  研究人员将融有纳米管的悬浮液喷在两薄层可拉伸的硅酮上,中间再夹一层容易发生形变的硅酮。中间层硅酮储存了电荷,更像一种电池。当对传感器施加压力时,中间层硅酮就被压紧,所储存的电荷数量会随着改变,这种变化被两层碳纳米管薄膜探测到,让传感器感知到自己正在被拉得像个太妃糖还是正在被压得像个海绵。

  整个传感器能以任意方向拉伸,放开后能完全恢复。传感器能记录的压力范围很广,从用拇指和食指捏的力量,到一头大象一只脚站立所施压力的两倍,这些都不会造成任何永久变形。“它们能像弹簧似的被反复拉伸而不会产生永久形变。”鲍哲南解释道,“拉伸或放开它的导电性相同,这是很重要的,因为传感器探测或测量施加在其上面的压力,是通过这些弹簧一样的纳米结构,把它们作为电极。”

  传感器还能探测压力和拉力图案的不同。当压缩的时候,压力方式就像一种靶心图案,在中心的变形最大,沿着中心向外变形越来越小,如果以相反方向拉伸,最大形变会出现在两个力中间的一条直线上,沿着这条线向外形变减少。

  研究小组以前也曾造出一种对压力非常敏感的传感器,即使落上一只20毫克的苍蝇也能探测出来。而新的传感器对压力没有这么敏感,主要侧重于让它适于拉伸和透明。但只需给电极表面做些改良,新传感器就会拥有同样的敏感性。