據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，英國物理學(xué)家研發(fā)出迄今為止靈敏度最高的應(yīng)變傳感器，它甚至能夠檢測到一片羽毛的重量。

該傳感器由英國薩塞克斯大學(xué)（University of Sussex）的材料物理小組研發(fā)，其拉伸強(qiáng)度比目前市場上的應(yīng)變儀高80倍，電阻變化比現(xiàn)有研究的最敏感的材料高100倍。

該研究小組相信，這些傳感器將為可測量病人生命體征的可穿戴設(shè)備及監(jiān)測建筑物和橋梁結(jié)構(gòu)完整性的系統(tǒng)帶來更高的靈敏度。

拉伸和扭曲超靈敏應(yīng)變傳感器

薩塞克斯大學(xué)數(shù)學(xué)與物理科學(xué)學(xué)院的Marcus O’mara說：“下一波應(yīng)變傳感技術(shù)使用了諸如橡膠之類的彈性材料，并注入了諸如石墨烯或銀納米粒子之類的導(dǎo)電材料，在這方面的開發(fā)已經(jīng)進(jìn)行了十多年?！?/p>

“我們相信這些傳感器技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步。與科學(xué)文獻(xiàn)中引用的線性應(yīng)變傳感器和非線性應(yīng)變傳感器相比，我們的傳感器顯示出有史以來電阻值的最大絕對變化。”

薩塞克斯大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授Alan Dalton表示：“這項(xiàng)前景光明的技術(shù)可能在醫(yī)療保健、運(yùn)動(dòng)成績監(jiān)測等成熟領(lǐng)域，以及軟體機(jī)器人等快速發(fā)展的領(lǐng)域特別有用?！?/p>

“我們已經(jīng)研發(fā)出了高性價(jià)比、可伸縮的健康監(jiān)測設(shè)備，這些設(shè)備可以進(jìn)行校準(zhǔn)，以測量人體從關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)到生命機(jī)能的各個(gè)方面。也可同時(shí)將多種設(shè)備用在病人身上，設(shè)備間通過無線連接并相互通信，提供實(shí)時(shí)、移動(dòng)式健康診斷，而費(fèi)用僅為目前的一小部分。”

發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）雜志上的新論文詳細(xì)介紹了將大量石墨烯納米片以一種結(jié)構(gòu)化、可控的方式整合到聚二甲基硅氧烷（PDMS）基質(zhì)中的過程，從而獲得優(yōu)異的機(jī)電性能。

高倍率下G球的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（圖片來源：薩塞克斯大學(xué)）

該論文的作者表示，這種方法有被擴(kuò)展到眾多二維層狀材料和聚合物基質(zhì)的潛力。在所有測得的載荷水平上，傳感器都能極大地提高導(dǎo)電性，且沒有明顯的滲流閾值。

商用測量設(shè)備的靈敏度和應(yīng)變范圍相對較低，應(yīng)變系數(shù)在2~5范圍內(nèi)，最大應(yīng)變?yōu)?%或更低，因此電阻增加低于25%，妨礙了人體運(yùn)動(dòng)所需的高應(yīng)變感測監(jiān)控。

新型傳感器能夠檢測到小于0.1%的應(yīng)變，這是因?yàn)樗鼈兊膽?yīng)變系數(shù)更高，約為20，而應(yīng)變高達(dá)80%，指數(shù)級(jí)的響應(yīng)引起電阻變化超過100萬倍。

這樣使得高靈敏度、低應(yīng)變傳感既可用于脈搏監(jiān)測，又可用于記錄電阻變化引起的胸部運(yùn)動(dòng)和關(guān)節(jié)彎曲的高應(yīng)變測量。

薩塞克斯大學(xué)材料物理學(xué)研究員Sean Ogilvie博士表示：“商用應(yīng)變傳感器通?；诮饘俨?guī)，它更看重精度和可靠性，而不是靈敏度和應(yīng)變范圍。納米復(fù)合材料因其具有彈性而成為下一代應(yīng)變傳感器的熱門候選材料，但由于滯后和蠕變等非線性效應(yīng)及納米級(jí)聚合物的液體性質(zhì)阻礙了其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，這使得精確、可重復(fù)的應(yīng)變讀數(shù)成為一項(xiàng)持續(xù)挑戰(zhàn)?！?/p>

“我們的傳感器穩(wěn)定于重復(fù)的、可預(yù)測的模式，這意味著盡管有這些影響，我們?nèi)匀豢梢蕴崛〕鰬?yīng)變的準(zhǔn)確讀數(shù)?！?/p>

這項(xiàng)研究得益于美國橡膠公司Alliance的支持。

Alliance公司銷售和市場營銷部副總裁Jason Risner表示：“Alliance擁有悠久的創(chuàng)新歷史，其在使用石墨烯等破壞性納米材料的前沿橡膠技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著積極作用，這一點(diǎn)至關(guān)重要。并且與薩塞克斯大學(xué)的Alan Dalton教授等科學(xué)領(lǐng)袖合作對我們來說也是很關(guān)鍵的。”

“很期待看到我們通過相互協(xié)作完成的產(chǎn)品。石墨烯是一種可以改變我們生活的黑科技材料。我們公司為能夠走在這種新技術(shù)的最前沿感到自豪。”
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