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高度均勻和低滯后壓力傳感器,以提高實(shí)用性
來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/10/27

圖1.具有均勻孔徑和形狀的多孔彈性體模板的圖像(左),該圖顯示了傳感器性能的高度均勻性(右)。圖片來(lái)源:韓國(guó)科學(xué)技術(shù)高等研究院(KAIST)

研究人員設(shè)計(jì)了一種柔性壓力傳感器,預(yù)計(jì)該傳感器將具有更廣泛的適用性。KAIST的研究小組通過(guò)將導(dǎo)電聚合物化學(xué)接枝到多孔彈性體模板上,制造出了具有高均勻性和低滯后性的壓阻式壓力傳感器。


研究小組發(fā)現(xiàn),孔徑和形狀的均勻性與傳感器的均勻性直接相關(guān)。研究小組指出,通過(guò)增加孔徑和形狀變異性,傳感器特性的變異性也會(huì)增加。


材料科學(xué)與工程系的史蒂夫·帕克教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員證實(shí),與其他由隨機(jī)大小和形狀的孔組成的傳感器(相對(duì)電阻變化的變化系數(shù)為69.65%)相比,他們新開發(fā)的傳感器具有更高的均勻性變異系數(shù)為2.43%。這項(xiàng)研究報(bào)告于8月16日在Small上作為封面文章進(jìn)行報(bào)道。


柔性壓力傳感器已得到積極研究,并廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備,例如觸摸屏,機(jī)器人,可穿戴醫(yī)療設(shè)備,電子皮膚和人機(jī)界面。特別是,基于彈性體-導(dǎo)電材料復(fù)合材料的壓阻式壓力傳感器具有許多優(yōu)勢(shì),包括簡(jiǎn)單且低成本的制造工藝,因此具有巨大的潛力。

圖2.在不同壓力水平(左)和經(jīng)過(guò)不同循環(huán)次數(shù)(右)后,傳感器的磁滯回線。圖片來(lái)源:韓國(guó)科學(xué)技術(shù)高等研究院(KAIST)

對(duì)于改善壓阻式壓力傳感器性能的方法,已有各種研究結(jié)果的報(bào)道,其中大多數(shù)研究集中在提高靈敏度上。盡管具有重要意義,但在許多應(yīng)用中并不需要最大化基于復(fù)合材料的壓阻式壓力傳感器的靈敏度。另一方面,傳感器到傳感器的均勻性和滯后性是兩個(gè)特性,對(duì)于實(shí)現(xiàn)任何應(yīng)用都至關(guān)重要。


傳感器到傳感器一致性的重要性是顯而易見的。如果在相同條件下制造的傳感器具有不同的屬性,則會(huì)損害測(cè)量可靠性,因此無(wú)法在實(shí)際環(huán)境中使用該傳感器。


此外,低磁滯對(duì)于提高測(cè)量可靠性也至關(guān)重要。磁滯現(xiàn)象是一種電氣讀數(shù),其變化取決于傳感器被按下的速度是多快或多慢,壓力是被釋放還是被施加以及傳感器被按下多長(zhǎng)時(shí)間和程度。當(dāng)傳感器具有高滯后性時(shí),即使在相同的壓力下,電讀數(shù)也會(huì)有所不同,從而使測(cè)量不可靠。


研究人員說(shuō),他們觀察到的滯后度可以忽略不計(jì),僅為2%。這歸因于導(dǎo)電聚合物和彈性體模板之間的牢固化學(xué)鍵合,從而防止了它們的相對(duì)滑動(dòng)和位移,以及彈性體的孔隙率提高了彈性。


Park教授說(shuō):“這項(xiàng)技術(shù)為解決壓力傳感器中的兩個(gè)關(guān)鍵問題帶來(lái)了見解:均勻性和滯后性。我們希望我們的技術(shù)在不久的將來(lái)增加壓力傳感器的實(shí)際應(yīng)用和商業(yè)化方面發(fā)揮重要作用! 。


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