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用于機器人和醫(yī)療應用的高度靈敏的壓力傳感器

2020-03-21 10:12:31 編輯: 來源:
導讀 能夠檢測壓力微小變化的微型傳感器有許多有用的應用,特別是在機器人和健康監(jiān)測可穿戴設備的開發(fā)方面。然而,目前大多數基于電容和晶體管的壓力傳感器都有一些局限性,包括靈敏度低、響應速度慢、功耗高和穩(wěn)定性差等。 加利福尼亞大學和湖南大學的研究人員最近提出了一種開發(fā)高靈敏度壓力傳感器的新策略,這種傳感器可以克服現有壓力傳感器的一些限制。他們的方法,發(fā)表在《自然電子》雜志上的一篇論文中,需要將導電微結構氣

能夠檢測壓力微小變化的微型傳感器有許多有用的應用,特別是在機器人和健康監(jiān)測可穿戴設備的開發(fā)方面。然而,目前大多數基于電容和晶體管的壓力傳感器都有一些局限性,包括靈敏度低、響應速度慢、功耗高和穩(wěn)定性差等。

加利福尼亞大學和湖南大學的研究人員最近提出了一種開發(fā)高靈敏度壓力傳感器的新策略,這種傳感器可以克服現有壓力傳感器的一些限制。他們的方法,發(fā)表在《自然電子》雜志上的一篇論文中,需要將導電微結構氣隙門(CMAG)與二維半導體晶體管集成。

“我一直對實際應用比對理論研究更感興趣,”開展這項研究的研究人員之一黃云超(音)告訴TechXplore。在加州大學洛杉磯分校的第一年,段教授鼓勵我探索不同的領域,找到我最感興趣的話題。在閱讀了許多論文之后,我對壓力傳感應用產生了興趣,并開始進行實驗?!?/p>

Huang和她的同事們將CMAGs與二維半導體晶體管集成,制作了他們的壓力傳感器,因為他們發(fā)現這種設計提高了傳感器的傳感性能。這個想法是在一次小組會議上產生的,當時黃正在展示她的一些研究成果。

黃說:“我們認為,如果我們能夠制造出‘真正的’微結構空氣隙,克服傳統微結構器件中彈性體的粘彈性行為,并將其與二維晶體管集成,我們的傳感器將表現出更強的壓力敏感性和更快的響應速度?!薄斑@將有利于廣泛的實際應用,如聲波探測、壓力測繪、健康監(jiān)測等?!?/p>

在研究人員開發(fā)的傳感器中,CMAGs在不產生粘彈性行為的情況下制造出微結構的空氣間隙,而粘彈性行為在傳統設備的彈性體中可以觀察到。這最終會導致更高的靈敏度、更快的響應時間、更低的功耗和顯著的穩(wěn)定性。

黃說:“透過將二維半導體電晶體與獨特的CMAGs集成,我們的CMAG電晶體感應器可進一步提升效能,使應用范圍更廣。”

在最初的實驗中,研究人員制造的傳感器顯示出可調靈敏度和壓力感應范圍,在0-5千帕范圍內平均靈敏度為44kpa,最高靈敏度為770 kPa。此外,當使用氣隙門作為2-D半導體晶體管的壓敏門時,Huang和她的同事能夠進一步將他們的器件的靈敏度提高到大約103-107 kPa?1,優(yōu)化的壓力范圍約為1.5 kPa。

Huang和她的同事提出的基于cmagi的設計策略非常容易實現。此外,它還可以應用于電容式和晶體管式傳感器的開發(fā)。

研究人員展示了他們的壓力傳感器在許多應用方面的潛力,包括靜壓繪圖的實現、人體脈搏波的測量和聲波的探測。在未來,他們的高靈敏度傳感器可以用于開發(fā)具有更先進的傳感能力的機器人、監(jiān)測病人長期健康狀況的可穿戴設備,以及其他一些技術工具。

黃說:“希望CMAGs的概念能為新型壓力傳感器鋪平道路?!薄拔覀儸F在正致力于基于CMAGs概念的保形/柔性壓力傳感器陣列,這將使人機界面和相關應用成為可能?!蔽覀兤诖谖磥碚故靖辔覀兊淖髌贰!?/p>



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