Blyantstegning af en sensor er faktisk en sensor

Brug grafitblyanter til at tegne på almindeligt papir, forskere kan lave nogle meget billige piezoresistive (PZR) sensorer. På grund af den piezoresistive effekt, en sensors modstand ændres under en påført belastning, giver den mulighed for at mærke mekanisk stress og tryk. Den første af disse blyant-på-papir PZR-sensorer blev fremstillet for et par år siden som et alternativ til silicium PZR-sensorer, som er dyre og kræver sofistikerede fremstillingsprocesser.

"PZR-sensorer kan tegnes af alle med en grafitblyant og papir, "Ting-Kuo Kang, en forsker ved Cheng Shiu University i Kaohsiung City, Taiwan, fortalte Phys.org .

Selvom grafit PZR-sensorer er meget nemmere at fremstille end siliciumsensorer, de er generelt ikke så følsomme, fordi grafits elektriske egenskaber ikke er så gode som siliciums. I en ny undersøgelse offentliggjort i Anvendt fysik bogstaver , Kang har yderligere undersøgt de underliggende mekanismer for grafits PZR-egenskaber og forbedret følsomheden af ​​grafitbaserede PZR-sensorer.

PZR-følsomhed er karakteriseret ved gauge-faktoren (GF), som er defineret som forholdet mellem ændringen i elektrisk modstand og den påførte belastning. Mens silicium PZR-sensorer har GF'er over 100, GF'erne for grafit PZR-sensorer er i enkeltcifre.

I eksperimenter, Kang brugte 12 forskellige kvaliteter af grafitblyanter til at tegne U-formede PZR-sensorer på papir. Blyanterne er klassificeret efter deres forhold mellem grafit og ler. Karakterer varierede fra 9B til 2H, hvor H angiver hårdheden forårsaget af blyantens lerindhold, og B angiver sortheden på grund af grafitindholdet.

Sensorerne blev tegnet på papir, der var placeret på en elektrisk skala for at måle og opretholde en ensartet trækkraft for hver blyanttrukne sensor. Tegningerne blev derefter limet på printkort (PCB) strimler, og en strain gauge monteret på hver PCB-strimmel. Derefter påførte Kang spændingscyklusser på sensoren ved hjælp af en firepunktsbøjningsteknik, og målte sensorens spændingsændring under den påførte belastning gennem et elektrisk kredsløb.

Han fandt ud af, at forskellige blyantkvaliteter producerer forskellige GF-værdier, og derfor forskellige PZR-følsomheder. Specifikt, jo højere forholdet mellem ler og grafit, jo større ændring i modstand under den påførte belastning, og jo større GF.

Kang forklarer, at disse forskelle kan tilskrives variationer i de indledende tunnelafstande mellem nabografit, med en stigning i tunnelafstand svarende til en stigning i GF.

"Grafittunneleffekten er fra en grafit gennem lerisolatoren til en anden grafit, " sagde Kang. "Tunnelstrukturen ligner et metal-isolator-metal."

I øjeblikket, PZR-sensorer lavet af silicium bruges som tryksensorer, accelerometre, og biologiske sensorer, blandt andre applikationer. Efterhånden som følsomheden af ​​blyanttegnede grafit PZR-sensorer fortsætter med at forbedre, de kan også bruges til disse applikationer. Kang planlægger også at udvikle fleksible og engangssensorapplikationer ved hjælp af blyant-på-papir-teknikker.

© 2014 Phys.org. Alle rettigheder forbeholdes.