适用于机器人和医疗保健应用的高度灵敏的压力传感器

 
可以检测压力微小变化的微观传感器具有许多有用的应用，特别是在机器人和健康监测可穿戴设备的开发中。但是，大多数现有的基于电容和基于晶体管的压力传感器都具有许多限制，包括灵敏度低，响应速度慢，功耗高以及稳定性不令人满意。
加利福尼亚大学和湖南大学的研究人员最近提出了一种新的战略，以开发可以克服现有压力传感器某些局限性的高灵敏度压力传感器。在发表于《自然电子》上的一篇论文中介绍了他们的方法，该方法需要将导电微结构气隙门(CMAG)与2-D半导体晶体管集成在一起。
进行这项研究的研究人员之一黄允超对TechXplore表示：“与理论研究相比，我一直对实际应用更感兴趣。” “在加州大学洛杉矶分校的第一年，段教授鼓励我探索不同的领域并找到我最热衷的话题。阅读了许多论文后，我对压力传感应用产生了兴趣，并开始进行实验。”
Huang和她的同事们通过将CMAG与2-D半导体晶体管集成在一起来制造压力传感器，因为他们发现这种设计提高了其传感性能。在一个小组会议上，这个想法出现在了他们的小组会议上，黄光裕介绍了她的一些研究发现。
Huang说：“我们认为，如果我们能够创造’真正的’微结构化气隙，以克服常规微结构化设备中弹性体的粘弹性行为，并将其与2-D晶体管集成在一起，我们的传感器将表现出更高的压力灵敏度和更快的响应速度。” “这将有益于广泛的实际应用，例如声波检测，压力映射，健康监测等。”
在研究人员开发的传感器中，CMAG会产生微结构的气隙，而不会导致不良的粘弹性行为，这在更常规的设备中的弹性体中可以观察到。这最终导致更高的灵敏度，更快的响应时间，更低的功耗和出色的稳定性。
Huang说：“通过将2D半导体晶体管与独特的CMAG集成在一起，我们的CMAG晶体管传感器可以得到进一步增强，以实现更好的性能，从而实现广泛的应用。”
在最初的实验中，研究人员建造的传感器表现出可调的灵敏度和压力感应范围，在0-5 kPa范围内的平均灵敏度为44kPa-1，峰值灵敏度高达770 kPa-1。此外，当将气隙门用作二维半导体晶体管的压敏门时，Huang和她的同事们能够在优化的压力条件下将其器件的灵敏度进一步提高至〜103–107 kPa-1。 〜1.5 kPa。
Huang和她的同事们提出的基于CMAG的设计策略相当容易实现。此外，它可以应用于电容式和基于晶体管的传感器的开发。
研究人员展示了他们的压力传感器在许多应用中的潜力，包括实现静态压力测绘，测量人体脉搏波和检测声波。将来，它们的高灵敏传感器可用于开发具有更先进传感功能的机器人，可随时间监视患者健康的可穿戴设备以及其他几种技术工具。
Huang说：“希望CMAGs的概念将为新型压力传感器铺平道路。” “我们现在正在基于CMAGs的概念设计共形/柔性压力传感阵列，这将使人机界面和相关应用成为可能。我们希望将来展示更多我们的工作。”