Ученые создали сверхчувствительный датчик давления
Ученые создали новый сверхчувствительный датчик давления, который способен взвесить даже пушинку: по данным журнала Advanced Functional Materials, по точности он превосходит аналоги в десятки раз.
Фото: Pixabay / Skitterphoto
«Разработчики современных датчиков давления на основе фольги обычно отдают предпочтение точности и надежности измерений в ущерб чувствительности и диапазону замеряемых значений, - пояснил один из разработчиков физик из Университета Сассекса Шон Огилви. - У наших датчиков такой проблемы нет».
Датчики давления обычно универсальны: они могут измерять различные деформации, которые вызывают прилагаемая к ним сила, неровности поверхности, ускорение и другие физические явления. Как правило, эти приборы состоят из упругой подложки, на поверхность которой наносится электрическая цепь. Когда такую подложку растягивают, ее сопротивление меняется. Благодаря этому можно измерить силу растяжения. Как правило, каждый такой датчик предназначен для работы в очень узком диапазоне масс или измеряемых сил. Дело в том, что используемые при их изготовлении материалы достаточно плохо переносят сильное растягивание, а при приложении небольшой силы их сопротивление почти не меняется.
Огилви и его коллеги решили эту проблему. Композитный полимерный материал, который они разработали, может растягиваться почти в два раза и при этом меняет свое сопротивление очень плавно. Он состоит из двух компонентов - наночастиц графена, «двумерного» углерода, а также кремнийорганического полимера PDMS.
Как показали первые эксперименты с таким материалом, при растяжении его сопротивление меняется примерно в 10 млн раз. Это абсолютный рекорд для подобных материалов. Причем то, как меняется сопротивление их разработки, можно предсказать. Для большинства других композитных материалов это не характерно.
Основу для прототипов датчиков давления ученые создали из резины, встроив в нее сферические частицы из этого материала. Они могут реагировать на изменения в давлении в 0,1% и выдерживать растягивание на дополнительные 80% от их длины. Это позволяет использовать их как для определения массы условной пушинки, так и для более серьезных измерений.
Ученые отмечают, что такие устройства можно одновременно использовать для измерения частоты сердцебиения человека, прикрепляя их к коже пациентов над артериями, и для того, чтобы наблюдать за их движениями и дыханием. Огилви и его коллеги надеются, что это поможет разработке проникнуть в быт и промышленность в самое ближайшее время.
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 098 (6696) от 09.06.2020 под заголовком «Весы для пушинки».
Комментарии