Natuurkundigen hebben de meest gevoelige reksensor ooit gemaakt, in staat om de aanraking van een veer te detecteren.

de voeler, ontwikkeld door de Materials Physics Group aan de Universiteit van Sussex, kan tot 80 keer hogere spanning uitrekken dan rekstrookjes die momenteel op de markt zijn en weerstandsveranderingen vertonen die 100 keer hoger zijn dan de meest gevoelige materialen in onderzoeksontwikkeling.

Het onderzoeksteam is van mening dat de sensoren nieuwe niveaus van gevoeligheid kunnen brengen voor draagbare technologie die de vitale functies van patiënten meet en voor systemen die de structurele integriteit van gebouwen en bruggen bewaken.

Marcus O'Mara, van de School voor Wiskundige en Exacte Wetenschappen aan de Universiteit van Sussex, zei:""De volgende golf van spanningsdetectietechnologie maakt gebruik van elastische materialen zoals rubber doordrenkt met geleidende materialen zoals grafeen of zilveren nanodeeltjes, en is nu al meer dan een decennium in ontwikkeling.

"Wij geloven dat deze sensoren een grote stap voorwaarts zijn. In vergelijking met zowel lineaire als niet-lineaire spanningssensoren waarnaar in de wetenschappelijke literatuur wordt verwezen, onze sensoren vertonen de grootste absolute verandering in weerstand ooit gerapporteerd."

Alan Dalton, Hoogleraar Experimentele Fysica aan de Universiteit van Sussex, zei:"Deze veelbelovende technologie kan vooral nuttig zijn in gevestigde gebieden zoals gezondheidszorg, monitoring van sportprestaties en snelgroeiende gebieden zoals zachte robotica.

"Ons onderzoek heeft goedkope, schaalbare apparaten voor gezondheidsbewaking die kunnen worden gekalibreerd om alles te meten, van bewegingen van menselijke gewrichten tot bewaking van de vitale functies. Meerdere apparaten kunnen over het hele lichaam van een patiënt worden gebruikt, draadloos verbonden en met elkaar communiceren om een ​​live, mobiele gezondheidsdiagnostiek voor een fractie van de huidige kosten."

Het nieuwe papier, gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen , beschrijft het proces voor het opnemen van grote hoeveelheden grafeen nanosheets in een PDMS-matrix in een gestructureerde, controleerbare mode die resulteert in uitstekende elektromechanische eigenschappen.

De auteurs zeggen dat de methode het potentieel heeft om te worden uitgebreid tot een breed scala aan tweedimensionale gelaagde materialen en polymeermatrices. De sensoren leveren een sterk verbeterde geleidbaarheid bij alle gemeten belastingsniveaus zonder duidelijke percolatiedrempel.

Commerciële meetinstrumenten hebben last van een relatief lage gevoeligheid en spanningsbereik, met ijkfactoren variërend van 2-5 en maximale spanningen van 5% of minder, wat resulteert in een weerstand die met minder dan 25% toeneemt en het voorkomen van hoge-spanningswaarneming die nodig is voor het bewaken van lichaamsbeweging.

De nieuwe sensoren kunnen spanningen van minder dan 0,1% detecteren, vanwege hun hogere ijkfactor van ~20, en tot 80% belasting, waarbij de exponentiële respons ertoe leidt dat de weerstand met een factor van meer dan een miljoen verandert.

Dit maakt zowel zeer gevoelige lage-spanningsdetectie mogelijk voor polsbewaking en hoge-spanningsmeting van borstbeweging en gewrichtsbuiging als gevolg van de recordweerstandsverandering.

Dr. Sean Ogilvie, Research Fellow in materiaalfysica aan de Universiteit van Sussex, zei:"Commerciële spanningssensoren, meestal gebaseerd op metaalfoliemeters, voorkeur voor nauwkeurigheid en betrouwbaarheid boven gevoeligheid en spanningsbereik. Nanocomposieten zijn aantrekkelijke kandidaten voor reksensoren van de volgende generatie vanwege hun elasticiteit, maar wijdverbreide acceptatie door de industrie is belemmerd door niet-lineaire effecten zoals hysterese en kruip als gevolg van de vloeistofachtige aard van polymeren op nanoschaal, wat nauwkeurige, herhaalbare spanningsmetingen een voortdurende uitdaging.

"Onze sensoren vestigen zich in een herhaalde, voorspelbaar patroon, wat betekent dat we ondanks deze effecten nog steeds een nauwkeurige uitlezing van de spanning kunnen extraheren."

Het werk werd mogelijk gemaakt met de steun van het in de VS gevestigde rubberbedrijf Alliance.

Jason Risner, VP van Sales &Marketing bij Alliance, zei:"Alliance heeft een lange geschiedenis van innovatie en het is van vitaal belang voor ons om een ​​actieve rol te spelen in toonaangevende rubbertechnologie die gebruikmaakt van een ontwrichtend nanomateriaal zoals grafeen. Het is van cruciaal belang dat we samenwerken met wetenschappelijke leiders zoals professor Alan Dalton van de universiteit van Sussex.

"We zijn verheugd om de producten te zien die mogelijk uit onze samenwerking kunnen voortkomen. Grafeen is een verbazingwekkend materiaal dat een revolutie teweeg kan brengen in ons leven. Ons bedrijf is er trots op op het snijvlak van zoiets nieuws te staan."