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软物质和液体

软物质和液体

Nanotube springs make 像皮肤 sensor

团队

美国斯坦福大学的研究人员发现了一种导电性极高的高弹性透明薄膜。该膜是由波浪状的,弹簧状的碳纳米管制成的,可以用作电极材料。“skin-like”压力和拉伸传感器。该小组说,有一天这种设备可能被用来帮助恢复对截肢者,受伤的士兵和烧伤受害者的触摸和压力敏感度,并在机器人技术和对触摸敏感的计算机显示器中找到应用。

Zhenan Bao及其同事通过将碳纳米管溶液喷到平坦的有机硅片的顶部和底部表面上,制成了透明的弹性膜。涂布后,研究人员将片材拉伸。当片材然后放松时,纳米管自然形成波浪状的,弹簧状的结构。这些结构充当电极,可以准确地测量施加到材料上的力大小。

实际上,设置的行为就像电容器一样,硅树脂层像电池一样存储电荷。当压力施加到传感器时,有机硅层会压缩,从而改变其可以存储的电荷量。该电荷由硅树脂上方和下方的碳纳米管测量。

当复合膜再次被拉伸时,纳米管沿它们被拉伸的方向拉直。只要材料不被拉伸超过初始拉伸量,薄膜的电导率就不会改变。的确,即使在多次拉伸后,该膜也可以拉伸至其初始长度的两倍半,并且可以在任何方向上拉伸而不会受损,并且始终可以恢复其原始尺寸。完全拉伸后,薄膜的电导率为2200 S / cm,可以检测到大约50的压力 kPa,大致对应于“firm finger pinch”据研究人员说。

“Ours is probably the first stretchable, transparent, 像皮肤 sensor –有或没有碳纳米管,”团队成员Darren Lipomi说。

这部电影可能会在许多领域找到应用,包括可感测各种压力(而不仅仅是触摸)的移动设备的屏幕;可折叠,可拉伸且几乎坚不可摧的触摸屏传感器;用于太阳能电池的透明电极,可以缠绕在车辆和建筑物的弯曲表面上而不会起皱;以及用于机器人和人工智能系统的传感器。

其他应用

“其他系统也可以受益–例如那些‘biofeedback’ – for example, ‘smart’方向盘可以感应驾驶员是否正在入睡,” adds Lipomi. “用这种材料制成的人造皮肤也可用于恢复截肢者(例如,如果他们的假肢被皮肤覆盖),受伤的士兵和烧伤的受害者。”

Spurred on by its preliminary results, the team now hopes to improve the sensitivity to pressure of its device. For the films made so far, the researchers mainly focused on making the structures stretchable and transparent and not on the sensitivity as such. They would also like to integrate the 像皮肤 pressure sensors with neurons, as well as try out the electrodes in solar cells.

“In the future, it should also be possible to use such films to design organic, 像皮肤 devices with other human – and ‘superhuman’ –特性,例如感测水分,温度,光线甚至化学和生物种类的能力,” states Lipomi.

有关工作的更多详细信息,由美国情报界资助,可在以下网站找到: 自然纳米技术 10.1038 / nnano.2011.184.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者