新型靈敏壓力傳感器可助力醫(yī)療可穿戴設備的發(fā)展

（文章來源：微迷網）

據麥姆斯咨詢報道，法國國家科學研究中心（CNRS）的研究小組利用非常簡單的工藝步驟和廉價的材料，設計出了一種薄電容式傳感器，這種傳感器由具有超高壓力靈敏度的含碳彈性泡沫材料制作而成。

該研究團隊在自然合作期刊（Nature Partner Journals, npj）《npj-柔性電子》上發(fā)表了一篇題為“Polymeric foams for flexible and highly sensitive low-pressure capaciTIve sensors”的論文，文中詳細介紹了這種由復合泡沫材料構成的電容式傳感器，該泡沫材料的閉氣孔被導電炭黑顆粒所覆蓋。

研究人員采用油包水乳液法，將由炭黑（CB）液滴組成的水基乳狀液分散到固化前的PDMS基體中。固化聚合物后再完成水蒸發(fā)，就會形成一種彈性體結構，該結構的球形空隙上覆蓋著炭黑顆粒。然后將復合泡沫夾在頂部和底部兩條導電柔性碳帶電極之間，以形成一種三明治結構，獲得完整的電容式傳感器。

通過試驗不同的炭黑濃度、分散濃度和材料厚度，研究人員發(fā)現，在1.2mm薄的復合泡沫層中加入10?wt %的炭黑，可獲得優(yōu)異的靈敏度。論文中顯示，0 ~ 0.2kPa范圍內的壓力靈敏度為35.1kPa?1，0.2 ~ 1.5kPa范圍內的壓力靈敏度為6.6kPa?1。

此外，該材料具有高電容（超過100pF），可在無需任何信號放大的情況下，輕易地使用低成本電子設備來測量。只需1v的偏壓即可記錄器件的電容響應，且由于材料電阻率較高，該傳感器在1kPa壓力傳感下能耗只需約100nW（顯示10MΩ電阻）。研究人員稱，這比傳統(tǒng)的硅壓阻式壓力傳感器效率高出幾個數量級。

將這種電容式壓力傳感器安裝在受試者手腕上，可記錄動脈脈搏的壓力變化，提供實時且原位的電容讀數。研究者預計，這種超靈敏傳感器可被設計為一種簡單的貼片來監(jiān)測血壓，通過記錄動脈脈搏波（如電容信號）并使用基于人工智能（AI）的算法將其轉換成對應的壓力值。

這種復合材料也可用于設計機器人的壓敏人造皮膚。論文中提到了一種特殊醫(yī)學應用，可利用機器人“觸診”軟組織器官，來檢測軟組織中的嵌入式結節(jié)。研究者指出，毫米級結節(jié)的硬度變化低于0.1?kPa，這就需要像論文中所示的高度靈敏傳感器。
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