突破性混合响应柔性压力传感器，有望解决压力和灵敏度的权衡瓶颈
2021-10-11 21:48:40 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
Lu及其研究团队设计了一种由高度多孔导电纳米复合材料与超薄电介质层层压而成的柔性混合响应压力传感器。这种PNC材料采用泡沫镍基板，由掺杂碳纳米管（CNT）的Ecoflex制成，具有86%的多孔性和导电性，表现出混合压阻和压容响应，从而可以在很宽的压力范围内显著提高灵敏度。
近年来，随着越来越多可以跟踪脉搏、大脑功能、汗液生物标志物等可穿戴设备的发展，医学传感技术取得了长足的进步。不过，现有的可穿戴压力传感器还面临很大的瓶颈，即使是最轻微的压力，比如覆盖在传感器上方的紧身长袖T恤，也会影响传感器的性能。
据麦姆斯咨询报道，美国得克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）航空航天工程和工程力学系副教授Nanshu Lu及其研究团队开发的柔性压力传感器有望解决这个困扰该领域多年的问题。他们创新地开发了有史以来第一款混合传感方案，兼具当今使用的两种主要类型传感器的特性。
该研究成果已于近日发表于Advanced Materials期刊。“柔性压力传感器领域的研究探索很多，经过20多年的发展我们遇到了瓶颈，即无法解决压力和灵敏度之间的权衡问题。”这项新研究成果的通讯作者Nanshu Lu说，“我们的研究成果首次利用全新的混合方案解决了这一瓶颈问题，使传感器可以承受压力的同时不会显著影响灵敏度。”
目前的柔性压力传感器通常由三层组成，即两层电极之间夹一层可变形传感层的三明治结构。这些传感器通常可分为压容式和压阻式两大类。
Lu及其研究团队设计了一种由高度多孔导电纳米复合材料（PNC）与超薄电介质层层压而成的柔性混合响应压力传感器（HRPS）。这种PNC材料采用泡沫镍基板，由掺杂碳纳米管（CNT）的Ecoflex制成，具有86%的多孔性和导电性，表现出混合压阻和压容响应，从而可以在很宽的压力范围内显著提高灵敏度（超过400%）。
传统压力传感器在承受超过轻微触摸之外的压力时，灵敏度可能会下降10倍。新的混合方案传感器在测试中，面对紧贴用户前额的虚拟现实（VR）设备的压力，其灵敏度损失非常小。压力不仅会导致许多传感器的精度下降，甚至可能影响传感器的数据读出。
“当我们对传感器施加外部压力时，其灵敏度会下降，但仍能与零外部压力的其它传感器保持同等水平。”Lu表示。
Lu一直是柔性电子传感领域的开拓者，在“电子纹身”技术领域耕耘多年。电子纹身重量轻、可拉伸，可以长期安置在心脏、大脑或肌肉上，几乎不会造成任何不适。
不过，对于这类柔性传感器和电子纹身，Lu有着更宏伟的愿景。她正在研究如何将这些传感器包覆在几乎任何物体上，并使其具有人类皮肤的灵敏度。最显而易见的应用是将它们用于机器人的手和手指，使机器人能够通过触摸来识别物体。
“这类传感器的应用非常广阔。”Lu说，“因为，几乎任何物体上都可以包覆这种可拉伸的电子皮肤。”
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