“纸皮”传感器:给环境装上监控!
厨房中有很多我们日常使用的材料,如铝箔,粘纸,海绵和胶带等,。来自阿卜杜拉国王科技大学的一个电子工程师团队利用这些材料开发了一种低成本的传感器,可以检测到外界的刺激,包括触感、压力、温度、酸度和湿度。他们的研究成果于2016年2月19日发表在《先进材料》杂志上。
这种传感器被叫做“纸皮”。和其他人造皮肤一样,利用具有经济效益的材料整合了多种功能。
耐用及灵活的电子产品有着广泛的应用前景,例如检测病人健康状况的无线探测器,但是当前这个方向的研究需要昂贵的材料,经历复杂的过程。
阿卜杜拉国王科技大学综合纳米技术实验室的电子工程专业副教授Hussain说道:“我们的工作有可能彻底颠覆电子工业,开创商业化高性能传感设备的新纪元。”
Hussain介绍道:“之前,这项研究投入了复杂的材料,经历了繁琐的过程。相对来说,化学喷墨打印或者真空技术处理都比较廉价,但其功能并不理想。我们在此提出一种使用现有的廉价元素的‘车库’式制造方法。”以下进行介绍:
团队使用粘纸检测湿度、海绵和湿巾检测压力、铝箔检测动力。用HB铅笔给粘纸上色,其实检测酸度水平,铝箔和导电银墨水用来检测温度的差异。
将材料一起放置在一个简易的纸铺平台,连接到一个检测变化的设备,该设备经由外界刺激可检测电导率的变化。
研究者增加湿度水平,例如通过增加平台的存储电荷的能力或者提高电容的方式。把传感器置于酸性溶液中可以增加其电阻,反之置于碱性溶液中降低电阻。温度的改变可以检测出电压的变化。将手指靠近平台可以干扰电磁场,降低电容。
团队充分发挥了他们使用的材料的各项性能来开发低成本传感器平台,包括孔隙度、吸附、弹性以及尺寸等。他们表示在实际场景中单个整合的平台可以同时检测多种外界刺激。
在完全产业化前,研究者还需要攻破几个难题,Hussain解释:灵活且功能多样化的传感器平台能够商业化需要达到与“纸皮”的无线交互作用的实现。同时也需要进行多次可靠的检测来评估传感器能够持续工作多久,在极端弯曲条件下的性能有多好。
Hussain说:“下一阶段我们将把在这个平台整合好的传感器优化,应用在医疗监测系统。灵活而适形的传感器平台可以确保同步监测生命体征:比如心律、血压、呼吸等。”
他补充道:“我们也可以将现成的功能技术转化到生物性生长皮肤上, 例如开发在人体中连结神经元系统的机制来帮助烧伤患者。其他应用领域包括机器人学、车辆技术和环境检测等。”
新材料在线编译整理——翻译:蒋恒星 校正:摩天轮
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