含碳泡沫材料塑造超靈敏壓力傳感器助力醫(yī)療設備

2019-04-16 10:38:47中國化工信息網(wǎng)閱讀量：2344      我要評論

　　【化工機械設備網(wǎng) 新品動態(tài)】據(jù)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(gòu)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(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)，在1.2mm薄的復合泡沫層中加入10wt %的炭黑，可獲得優(yōu)異的靈敏度。論文中顯示，0 ~ 0.2kPa范圍內(nèi)的壓力靈敏度為35.1kPa1，0.2 ~ 1.5kPa范圍內(nèi)的壓力靈敏度為6.6kPa1。

　　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(shù)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(shù)

　　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(zhuǎn)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(jié)節(jié)。研究者指出，毫米級結(jié)節(jié)的硬度變化低于0.1kPa，這就需要像論文中所示的高度靈敏傳感器。

　　原標題：含碳泡沫材料塑造超靈敏壓力傳感器助力醫(yī)療可穿戴設備

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