Gebruik grafietpotloden om op gewoon papier te tekenen, onderzoekers kunnen een aantal zeer goedkope piëzoresistieve (PZR) sensoren maken. Door het piëzoresistieve effect de weerstand van een sensor verandert onder een uitgeoefende belasting, waardoor het mechanische stress en druk kan voelen. De eerste van deze potlood-op-papier PZR-sensoren werd een paar jaar geleden gefabriceerd als alternatief voor siliconen PZR-sensoren, die kostbaar zijn en geavanceerde fabricageprocessen vereisen.

"PZR-sensoren kunnen door iedereen worden getekend met een grafietpotlood en papier, "Ting-Kuo Kang, een onderzoeker aan de Cheng Shiu University in Kaohsiung City, Taiwan, vertelde Phys.org .

Hoewel grafiet PZR-sensoren veel gemakkelijker te fabriceren zijn dan siliconen, ze zijn over het algemeen niet zo gevoelig omdat de elektrische eigenschappen van grafiet niet zo goed zijn als die van silicium. In een nieuwe studie gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven , Kang heeft de onderliggende mechanismen van de PZR-eigenschappen van grafiet verder onderzocht en de gevoeligheid van op grafiet gebaseerde PZR-sensoren verbeterd.

PZR-gevoeligheid wordt gekenmerkt door de ijkfactor (GF), die wordt gedefinieerd als de verhouding van de verandering in elektrische weerstand tot de uitgeoefende spanning. Terwijl silicium PZR-sensoren GF's van meer dan 100 hebben, de GF's van grafiet PZR-sensoren zijn in de enkele cijfers.

Bij experimenten, Kang gebruikte 12 verschillende soorten grafietpotloden om U-vormige PZR-sensoren op papier te tekenen. De potloden worden gesorteerd op hun verhouding van grafiet tot klei. Cijfers varieerden van 9B tot 2H, waarbij H de hardheid aangeeft die wordt veroorzaakt door het kleigehalte van het potlood, en B geeft de zwartheid aan vanwege het grafietgehalte.

De sensoren zijn getekend op papier dat op een elektrische schaal is geplaatst om een ​​consistente trekkracht voor elke met een potlood getekende sensor te meten en te behouden. De tekeningen werden vervolgens op stroken van printplaten (PCB's) geplakt, en een rekstrookje gemonteerd op elke PCB-strip. Vervolgens paste Kang spanningscycli toe op de sensor met behulp van een vierpuntsbuigtechniek, en de spanningsverandering van de sensor onder de uitgeoefende spanning gemeten via een elektrisch circuit.

Hij ontdekte dat verschillende potloodkwaliteiten verschillende GF-waarden produceren, en dus verschillende PZR-gevoeligheden. specifiek, hoe hoger de verhouding van klei tot grafiet, hoe groter de verandering in weerstand onder de uitgeoefende spanning, en hoe groter de GF.

Kang legt uit dat deze verschillen kunnen worden toegeschreven aan variaties in de initiële tunnelafstanden tussen naburige grafiet, met een toename van de tunnelafstand die overeenkomt met een toename van GF.

"Het tunneleffect van grafiet is van het ene grafiet via de isolator van klei naar het andere grafiet, "Zei Kang. "De tunnelstructuur ziet eruit als een metaal-isolator-metaal."

Momenteel, PZR-sensoren van silicium worden gebruikt als druksensoren, versnellingsmeters, en biologische sensoren, onder andere toepassingen. Naarmate de gevoeligheid van met potlood getekende PZR-sensoren van grafiet blijft verbeteren, ze kunnen ook voor deze toepassingen worden gebruikt. Kang is ook van plan om flexibele sensortoepassingen voor eenmalig gebruik te ontwikkelen met behulp van potlood-op-papier-technieken.

© 2014 Fysio.org. Alle rechten voorbehouden.