單壁碳納米管應(yīng)力傳感器研究取得新進(jìn)展

由于單壁碳納米管具有很好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、柔韌性和拉伸強度，所以它在應(yīng)力傳感器應(yīng)用研究方面有著很大的推動作用。傳統(tǒng)的碳納米管應(yīng)力傳感器原理是根據(jù)碳納米管的電阻值變化，來判斷所受外界應(yīng)力的大小。但是，由于碳納米管的生長條件以及后處理方法的不同，由其研制出的應(yīng)力傳感器性能之間有著很大差異。除此之外，由于碳納米管之間的相互作用，碳納米管宏觀體（碳納米管繩，碳納米管薄膜）的靈敏系數(shù)比單根碳納米管或者碳納米管微束要小很多，所以在這基礎(chǔ)上開展研究要用創(chuàng)新的方法。

據(jù)了解，國家納米科學(xué)中心孫連峰研究員小組的劉政在攻讀博士期間發(fā)現(xiàn)，利用單壁碳納米管薄膜兩端的開路電壓，可以構(gòu)建成高性能的應(yīng)力傳感器。他們把極性液滴在懸空碳納米管薄膜和液滴之間產(chǎn)生毛細(xì)管橋，然后對碳納米管薄膜施加一定作用的應(yīng)力。當(dāng)液滴揮發(fā)和毛細(xì)管橋收縮的過程中，他們發(fā)現(xiàn)施加在碳納米管薄膜上的應(yīng)力慢慢增加，當(dāng)液滴即將蒸發(fā)完畢，應(yīng)力達(dá)到峰值。與此同時，碳納米管薄膜兩端會產(chǎn)生開路電壓。他們與美國Rice大學(xué)的P. M. Ajayan和Lou Jun教授合作，建立了相關(guān)模型，并進(jìn)行計算，發(fā)現(xiàn)開路電壓的大小與薄膜應(yīng)力，以及毛線管橋中心的移動速度和方向有很大的關(guān)系。這種基于電壓的碳納米管應(yīng)力傳感器的靈敏系數(shù)高達(dá)~ 200，比基于電阻的應(yīng)力傳感器性能要高１-２個數(shù)量級。

該項工作為高性能應(yīng)力傳感器的研制工作開辟了一種新的方法，具有很大的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。單壁碳納米管應(yīng)力傳感器是傳感器技術(shù)與納米技術(shù)很好結(jié)合的體現(xiàn)，相關(guān)發(fā)明工作得到國家自然科學(xué)基金委項目的支持。