國家單壁碳納米管應(yīng)力傳感器研究取得新進展
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~ 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。