工業(yè)、汽車和醫(yī)療等行業(yè)都需要精確的壓力測(cè)量。柔性可穿戴壓力傳感器通常采用石油基聚合物制造而成。采用這種不可生物降解材料帶來(lái)的固體廢物對(duì)環(huán)境有害。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，為了避免上述問(wèn)題，印度科學(xué)院（IISc）的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種采用紙張作為介質(zhì)的壓力傳感器。

壓力傳感器檢測(cè)物理壓力并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后以數(shù)字形式顯示壓力值。紙基電子器件由于其天然的生物降解性、優(yōu)異的柔韌性、多孔纖維結(jié)構(gòu)、重量輕以及成本低等優(yōu)勢(shì)而受到越來(lái)越多的關(guān)注。不過(guò)，迄今為止開(kāi)發(fā)的基于紙張的傳感器仍存在一些缺點(diǎn)。

該研究成果的共同通訊作者IISc納米科學(xué)與工程中心（CeNSE）教授Navakanta Bhat表示：“對(duì)于所有傳感器，在其靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍之間總需要做權(quán)衡。在這里，我們希望高靈敏度。靈敏度本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是我們能夠檢測(cè)的最小壓力量。

并且，我們希望在較寬的范圍內(nèi)具有高靈敏度。”Navakanta Bhat教授團(tuán)隊(duì)提出了一種紙張傳感器設(shè)計(jì)，憑借其構(gòu)造和多層結(jié)構(gòu)，該傳感器具有高靈敏度，能夠以1毫秒的響應(yīng)時(shí)間檢測(cè)范圍較寬的壓力（0至120 kPa）。

該壓力傳感器由普通紙張和涂有單硫化錫（SnS）的波紋纖維素紙交替堆疊而成，形成多層結(jié)構(gòu)。SnS是一種在特定條件下導(dǎo)電的半導(dǎo)體。該論文第一作者Neha Sakhuja介紹稱：“紙本身是絕緣體，主要的挑戰(zhàn)是選擇合適的3D器件結(jié)構(gòu)和材料來(lái)賦予紙張導(dǎo)電性能。”

當(dāng)壓力施加在傳感器表面時(shí)，紙張層之間的空氣間隙減小，增加了這些層之間的接觸面積。接觸面積越大，導(dǎo)電性越好。當(dāng)壓力釋放時(shí)，空氣間隙再次增大，從而降低了導(dǎo)電性。電導(dǎo)率的調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了這種紙張傳感器的傳感機(jī)制。

Navakanta Bhat教授解釋稱：“這項(xiàng)研究的主要貢獻(xiàn)在于器件的簡(jiǎn)單性，就像開(kāi)發(fā)一種折紙。”

該傳感器有望進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成為一種柔性可穿戴電子器件，尤其適用于醫(yī)療保健領(lǐng)域。例如，該研究小組將它安裝在人的臉頰上，以研究咀嚼時(shí)的動(dòng)作；將它綁在手臂上以監(jiān)測(cè)肌肉收縮；將其繞于手指上以跟蹤敲擊動(dòng)作等。該團(tuán)隊(duì)甚至利用這種基于紙張的壓力傳感器設(shè)計(jì)了一款數(shù)字化的可折疊鍵盤，并演示了設(shè)備的可用性。

Bhat說(shuō)：“這種紙基壓力傳感器的未來(lái)應(yīng)用潛力無(wú)限。我們還想進(jìn)一步提高這些傳感器的穩(wěn)定性和耐用性，并與產(chǎn)業(yè)界合作，大量生產(chǎn)這些傳感器。”




審核編輯：劉清