Føler tryk ved hjælp af papir

Adskillige industri-, bil- og sundhedsapplikationer er afhængige af nøjagtig og præcis måling af tryk. Fleksible og bærbare tryksensorer er typisk fremstillet ved hjælp af petroleumsbaserede polymerer. Det faste affald, der genereres ved at bruge sådan ikke-biologisk nedbrydelig plast, er skadeligt for miljøet. For at undgå dette problem har forskere ved Indian Institute of Science (IISc) nu fremstillet tryksensorer, der bruger papir som medium.

En tryksensor registrerer fysisk tryk og konverterer det til et elektrisk signal, der vises i form af et tal, der angiver dets størrelse. I dag får papirbaserede elektroniske enheder større opmærksomhed på grund af deres naturlige biologiske nedbrydelighed, fremragende fleksibilitet, porøse fibrøse struktur, lette vægt og lave omkostninger. Papirbaserede sensorer udviklet indtil videre har dog visse ulemper.

"I enhver sensor er der altid en afvejning mellem følsomhed og dynamisk område. Vi ønsker at have høj følsomhed. Følsomhed er i bund og grund et mål for den mindste enhed (mængden af ​​tryk), som vi kan detektere. Og vi vil gerne fornemme, at mængde over et omfattende område," siger Navakanta Bhat, professor ved Center for Nano Science and Engineering (CeNSE) og tilsvarende forfatter til papiret offentliggjort i ACS Sustainable Chemistry &Engineering . Hans team har foreslået et design til papirsensoren, der i kraft af sin struktur og flerlagsdannelse opnår høj følsomhed og kan detektere en bred vifte af tryk (0-120 kPa) med en responstid på 1 millisekund.

Sensoren er lavet af almindeligt og korrugeret cellulosepapir belagt med tin-monosulfid (SnS), stablet alternativt for at danne en flerlagsarkitektur. SnS er en halvleder, der leder elektricitet under specifikke forhold. "Papir i sig selv er en isolator. Den største udfordring var at vælge en passende 3D-enhedsstruktur og -materiale til at give papir ledende egenskaber," siger Neha Sakhuja, en tidligere ph.d. studerende på CeNSE og den første forfatter af papiret.

Når der påføres tryk på sensorens overflade, mindskes luftspalterne mellem papirlagene, hvilket øger kontaktarealet mellem disse lag. Højere kontaktareal fører til bedre elektrisk ledningsevne. Når trykket slippes, øges luftspalterne igen, hvilket mindsker den elektriske ledning. Denne modulering af den elektriske ledningsevne driver papirsensorens følemekanisme.

"Vores vigtigste bidrag er enhedens enkelhed. Det er som at skabe papirorigami," forklarer Bhat.

Sensoren viser lovende at blive udviklet til en fleksibel og bærbar elektronisk enhed, især i sundhedssektoren. For eksempel monterede forskerholdet det på en menneskelig kind for at undersøge bevægelsen involveret i at tygge, spændte det til en arm for at overvåge muskelsammentrækning og omkring fingrene for at spore deres bank. Holdet designede endda et numerisk, foldbart tastatur konstrueret ved hjælp af den interne papirbaserede tryksensor for at demonstrere enhedens anvendelighed.

"De fremtidige anvendelser af denne enhed er kun begrænset af vores fantasi," siger Bhat. "Vi vil [også] gerne arbejde på at øge stabiliteten og holdbarheden af ​​disse sensorer og muligvis samarbejde med industrier for at fremstille dem i stort antal." + Udforsk yderligere

Udvikling af højtydende, højspændingsbærbare forskydningssensorer