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传感器动态

    由于单壁碳纳米管具有很好的导电性、稳定性、柔韧性和拉伸强度,所以它在应力传感器应用研究方面有着很大的推动作用。传统的碳纳米管应力传感器原理是根据碳纳米管的电阻值变化,来判断所受外界应力的大小。但是,由于碳纳米管的生长条件以及后处理方法的不同,由其研制出的应力传感器性能之间有着很大差异。除此之外,由于碳纳米管之间的相互作用,碳纳米管宏观体(碳纳米管绳,碳纳米管薄膜)的灵敏系数比单根碳纳米管或者碳纳米管微束要小很多,所以在这基础上开展研究要用创新的方法。
    据了解,国家纳米科学中心孙连峰研究员小组的刘政在攻读博士期间发现,利用单壁碳纳米管薄膜两端的开路电压,可以构建成高性能的应力传感器。他们把极性液滴在悬空碳纳米管薄膜和液滴之间产生毛细管桥,然后对碳纳米管薄膜施加一定作用的应力。当液滴挥发和毛细管桥收缩的过程中,他们发现施加在碳纳米管薄膜上的应力慢慢增加,当液滴即将蒸发完毕,应力达到峰值。与此同时,碳纳米管薄膜两端会产生开路电压。他们与美国Rice大学的P. M. Ajayan和Lou Jun教授合作,建立了相关模型,并进行计算,发现开路电压的大小与薄膜应力,以及毛线管桥中心的移动速度和方向有很大的关系。这种基于电压的碳纳米管应力传感器的灵敏系数高达~ 200,比基于电阻的应力传感器性能要高1-2个数量级。
    该项工作为高性能应力传感器的研制工作开辟了一种新的方法,具有很大的现实指导意义。单壁碳纳米管应力传感器是传感器技术与纳米技术很好结合的体现,相关发明工作得到国家自然科学基金委项目的支持,研究成果已发表于《纳米快报》。

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