Исследователи из Университета Калифорнии и Университета Хунани недавно предложили новую стратегию разработки высокочувствительных датчиков давления, которые могли бы преодолеть некоторые ограничения существующих датчиков давления . Их подход, представленный в статье, опубликованной в Nature Electronics , предполагает интеграцию проводящего микроструктурированного вентиля с воздушным зазором (CMAG) с 2-D полупроводниковыми транзисторами.
«Меня всегда больше интересовали практические приложения, чем теоретические исследования », - сказал TechXplore Юн-Цяо Хуан, один из исследователей, проводивших исследование. «В течение моего первого года в UCLA профессор Дуан побуждал меня исследовать различные области и находить тему, которая меня больше всего увлекала. Прочитав много статей, я заинтересовался приложениями для измерения давления и начал экспериментировать с ними».
Хуанг и ее коллеги изготовили свои датчики давления, интегрировав CMAG с 2-D полупроводниковыми транзисторами, так как они обнаружили, что эта конструкция повышает их чувствительность. Эта идея пришла им в голову на групповом собрании, на котором Хуан представляла некоторые результаты своих исследований.
«Мы думали, что если бы мы могли создать« настоящие »микроструктурированные воздушные зазоры, чтобы преодолеть вязкоупругие свойства эластомеров в обычных микроструктурированных устройствах и интегрировать их с двухмерными транзисторами, наши датчики продемонстрировали бы повышенную чувствительность к давлению и более быструю реакцию», - сказал Хуанг. «Это принесет пользу широкому кругу практических применений , таких как обнаружение акустических волн, картирование давления, мониторинг работоспособности и многое другое».
В разработанных исследователями датчиках CMAG создают микроструктурированные воздушные зазоры, не приводя к нежелательному вязкоупругому поведению, которое наблюдается в эластомерах в более традиционных устройствах. Это в конечном итоге приводит к более высокой чувствительности, более быстрому времени отклика, низкому энергопотреблению и замечательной стабильности.
«Благодаря интеграции двумерных полупроводниковых транзисторов с уникальными CMAG, наши транзисторные датчики CMAG могут быть дополнительно усовершенствованы для повышения производительности, что позволяет использовать их в широком спектре приложений», - сказал Хуанг.
В первоначальных экспериментах датчики, созданные исследователями, демонстрировали настраиваемый диапазон чувствительности и измерения давления, со средней чувствительностью 44 кПа -1 в режиме 0-5 кПа и пиковой чувствительностью до 770 кПа -1 . Кроме того, при использовании вентилей с воздушным зазором в качестве чувствительных к давлению вентилей для двумерных полупроводниковых транзисторов Хуан и ее коллеги смогли дополнительно повысить чувствительность своих устройств до ~ 10 3 –10 7 кПа -1 при оптимизированной режим давления ~ 1,5 кПа.
Стратегия проектирования на основе CMAG, представленная Хуанг и ее коллегами, довольно проста в реализации. Кроме того, его можно применять для разработки как емкостных, так и транзисторных датчиков.
Исследователи продемонстрировали потенциал своих датчиков давления для ряда применений, включая реализацию картирования статического давления, измерения пульсовых волн человека и обнаружения звуковых волн. В будущем их высокочувствительные датчики можно было бы использовать для разработки роботов с более продвинутыми сенсорными возможностями, носимых устройств для мониторинга здоровья пациентов с течением времени и ряда других технологических инструментов.
«Будем надеяться, что концепция CMAG откроет путь для нового типа датчиков давления», - сказал Хуан. «Сейчас мы работаем над конформными / гибкими сенсорными матрицами давления, основанными на концепции CMAG, которые позволят взаимодействовать между человеком и машиной и связанными приложениями. Мы с нетерпением ждем возможности продемонстрировать больше нашей работы в будущем».
