國外研發出可檢測羽毛的重量的高靈敏度應變傳感器

　　6月5日報道，物理學家創造了有史以來最靈敏的應變傳感器，能夠檢測羽毛的重量。該應變傳感器是由薩塞克斯大學材料物理小組開發的，其拉伸強度比目前市場上的應變儀高80倍，并且其電阻變化比研究中最敏感的材料高100倍。這些傳感器可以為可測量患者生命體征的可穿戴技術、監視建筑物和橋梁結構完整性的系統帶來新的靈敏度。

拉伸和扭曲超靈敏應變傳感器。

　　薩塞克斯大學數學與物理科學學院的馬庫斯·奧瑪拉（Marcus O'Mara）說：“下一波應變傳感技術使用了諸如橡膠之類的彈性材料，并注入了諸如石墨烯或銀納米粒子之類的導電材料，我們相信這些傳感器是向前邁出的一大步。與科學文獻中引用的線性和非線性應變傳感器相比，我們的傳感器展現出有史以來最大的電阻絕對變化。”

　　薩塞克斯大學實驗物理教授艾倫·道爾頓（Alan Dalton）表示：“這項有前途的技術在醫療保健、運動表現監測等成熟領域以及諸如軟機器人等快速發展的領域中可能特別有用。我們的研究開發了廉價、可擴展的健康監測設備，可以對其進行校準，以測量從人體關節運動到生命監護的所有內容，可以在患者的身體上使用多種設備，無線連接并相互通信以提供實時移動健康診斷，費用僅為目前的一小部分。”

　　這份發表在《高級功能材料》雜志上的新論文詳細介紹了將大量石墨烯納米片以結構化、可控制的方式并入PDMS基質中的過程，從而獲得了出色的機電性能。

高倍率下G球的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。圖片來源：薩塞克斯大學

　　據悉，該方法具有擴展到二維層狀材料和聚合物基質的廣泛潛力，傳感器在所有測得的載荷水平下均提供了大大提高的電導率，而沒有明顯的滲漏閾值。商用量規設備的靈敏度和應變范圍相對較低，應變系數范圍為2-5，最大應變為5％或更低，導致電阻增加不到25％，并阻止了人體運動所需的高應變感測監控。

　　新傳感器能夠檢測到小于0.1％的應變，這是因為它們的應變系數更高，約為20，而應變高達80％，其中指數響應導致電阻變化超過一百萬。這樣既可以進行高靈敏度的低應變感測，以進行脈沖監測，又可以對因記錄電阻變化而導致的胸部運動和關節彎曲進行高應變測量。

　　薩塞克斯大學材料物理研究所研究員肖恩·奧吉爾維（Sean Ogilvie）博士說：“通常基于金屬箔規的商業應變傳感器，其精度和可靠性超過靈敏度和應變范圍。納米復合材料是下一代應變傳感器的有吸引力的候選產品，盡管它們具有彈性，但是由于納米級聚合物的液體性質、非線性效應（例如磁滯和蠕變）阻礙了工業的廣泛采用，這使得精確、可重復的應變讀數成為一項持續的挑戰。我們的傳感器以一種可重復的、可預測的模式穩定下來，這意味著盡管有這些影響，我們仍然可以提取出應變的準確讀數。”