Дешево, Давление

Sep 09, 2023

В серии демонстраций (опубликованных в журнале Nature Materials) ученые из Лаборатории многомасштабных биомиметических систем Сеульского национального университета продемонстрировали чувствительную к давлению мембрану, которая достаточно чувствительна, чтобы чувствовать падение капель воды, человеческий пульс на запястье и даже Легкая поступь божьей коровки, идущей по «электронной коже».

Устройство состоит из двух листов полиуретанакрилата. Листы размером 9 на 13 сантиметров формуются из плотных массивов мельчайших полимерных волосков диаметром 100 нанометров и высотой 1000 нанометров каждый. Каждый волосок покрыт слоем платины толщиной 20 нм и прикреплен к базальной мембране (полидиметилсилоксан, обработанный для повышения проводимости).

Затем два ресничных листа соединяются лицом к лицу, как две части липучки. Волокна верхнего слоя сцепляются с волокнами нижнего слоя. Но вместо механического связывания крючками и петлями листы прочно (но обратимо) скрепляются за счет притяжения Ван-дер-Ваальса. Сэндвич из нановолокон проводит ток между слоями, а сопротивление меняется по мере изменения общей площади контакта между сцепленными волосками. Прикосновение, толчок или поворот базальной мембраны заставляет сплетенные нановолоски тереться и изгибаться, а изменяющийся ток показывает, что происходит. Действительно, поскольку ортогональное давление, боковой сдвиг и кручение создают разные кривые реакции, устройство может определить разницу между толчком, трением и поворотом.

Манометрические коэффициенты системы — изменение сопротивления из-за изменений деформации — составляли около 11,5 для прямого давления, 0,75 для сдвига и 8,53 в ответ на кручение. Для сравнения, датчики прямого давления на основе графеновой пленки имеют калибровочный коэффициент около 6,1, а для обычных датчиков из металлической фольги этот коэффициент составляет около 2,0. (Обратите внимание, что эти другие датчики улавливают деформацию только в одном направлении. Чтобы они могли обнаруживать давление, сдвиг и кручение, они должны быть специально изготовлены с отдельными датчиками для каждого направления деформации.)

В целом, по словам исследователей, «механизм наноблокировки не требует сложных интегрированных сборок наноматериалов или слоистых массивов, что позволяет создать простую, дешевую, но надежную сенсорную платформу для высокопроизводительных тензодатчиков большой площади».

Фото: Чанхён Пан / Сеульский национальный университет