Microscopische sensoren die kleine veranderingen in druk kunnen detecteren, hebben tal van nuttige toepassingen, met name voor de ontwikkeling van robots en draagbare apparaten voor gezondheidsmonitoring. De meeste bestaande capacitieve en transistorgebaseerde druksensoren, echter, een aantal beperkingen hebben, inclusief lage gevoeligheid, trage reactiesnelheid, hoog stroomverbruik en onbevredigende stabiliteit.

Onderzoekers van de University of California en Hunan University hebben onlangs een nieuwe strategie voorgesteld voor de ontwikkeling van zeer gevoelige druksensoren die een aantal van de beperkingen van bestaande druksensoren zou kunnen overwinnen. Hun aanpak, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Natuur Elektronica , omvat de integratie van een geleidende microgestructureerde luchtspleetpoort (CMAG) met 2-D halfgeleidertransistoren.

"Ik ben altijd meer geïnteresseerd geweest in praktische toepassingen dan in theoretisch onderzoek, "Yun-Chiao Huang, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "Tijdens mijn eerste jaar aan de UCLA, Prof. Duan moedigde me aan om verschillende gebieden te verkennen en het onderwerp te vinden waar ik het meest gepassioneerd over was. Na veel kranten gelezen te hebben, Ik raakte geïnteresseerd in drukgevoelige toepassingen en begon ermee te experimenteren."

Huang en haar collega's hebben hun druksensoren gefabriceerd door CMAG's te integreren met 2D halfgeleidertransistors, omdat ze ontdekten dat dit ontwerp hun waarnemingsprestaties verbeterde. Dit idee kwam bij hen op tijdens een groepsbijeenkomst waarin Huang enkele van haar onderzoeksresultaten presenteerde.

"We dachten dat als we 'echte' microgestructureerde luchtspleten konden creëren om het visco-elastische gedrag van de elastomeren van conventionele microgestructureerde apparaten te overwinnen en ze te integreren met 2D-transistoren, onze sensoren zouden een verbeterde drukgevoeligheid en snellere reacties vertonen, Huang zei. "Dit zou een breed scala aan praktische toepassingen ten goede komen, zoals akoestische golfdetectie, druk in kaart brengen, Gezondheidsbewaking, en meer."

In de door de onderzoekers ontwikkelde sensoren CMAG's creëren microgestructureerde luchtspleten zonder dat dit leidt tot ongewenst visco-elastisch gedrag, wat wordt waargenomen in elastomeren in meer conventionele apparaten. Dit leidt uiteindelijk tot een hogere gevoeligheid, snellere reactietijden, laag stroomverbruik en opmerkelijke stabiliteit.

"Door 2D-halfgeleidertransistors te integreren met unieke CMAG's, onze CMAG-transistorsensoren kunnen verder worden verbeterd voor betere prestaties, een breed scala aan toepassingen mogelijk maken, ' zei Huang.

In de eerste experimenten, de door de onderzoekers gebouwde sensoren vertoonden een afstembare gevoeligheid en drukdetectiebereik, met een gemiddelde gevoeligheid van 44kPa ^-1 in het 0-5 kPa-regime en een piekgevoeligheid tot 770 kPa ^-1 . In aanvulling, bij gebruik van de luchtspleetpoorten als drukgevoelige poorten voor 2D halfgeleidertransistoren, Huang en haar collega's waren in staat om de gevoeligheid van hun apparaten verder te verhogen tot ~10 ³ -10 ⁷ kPa ⁻¹ , bij een geoptimaliseerd drukregime van ~1,5 kPa.

De op CMAG gebaseerde ontwerpstrategie die door Huang en haar collega's is geïntroduceerd, is vrij eenvoudig te implementeren. In aanvulling, het kan worden toegepast op de ontwikkeling van zowel capacitieve als transistorgebaseerde sensoren.

De onderzoekers demonstreerden het potentieel van hun druksensoren voor een aantal toepassingen, inclusief de implementatie van statische drukmapping, het meten van menselijke polsgolven en het detecteren van geluidsgolven. In de toekomst, hun zeer gevoelige sensoren kunnen worden gebruikt om robots te ontwikkelen met meer geavanceerde detectiemogelijkheden, draagbare apparaten om de gezondheid van patiënten in de loop van de tijd te bewaken, en verschillende andere technologische hulpmiddelen.

"Hopelijk, het concept van CMAG's zal de weg vrijmaken voor een nieuw type druksensoren, Huang zei. "We werken nu aan conforme/flexibele druksensorische arrays op basis van het concept van CMAG's, die de mens-machine-interface en gerelateerde toepassingen mogelijk maakt. We kijken ernaar uit om in de toekomst meer van ons werk te laten zien."

© 2020 Wetenschap X Netwerk