帶有集成電路的紙上筆式PZR傳感器，用于測量施加的應(yīng)力下傳感器的電壓變化。

使用石墨鉛筆在普通紙上繪畫，研究人員可以制造一些非常便宜的壓阻（PZR）傳感器。由于壓阻效應(yīng)，傳感器的電阻會在施加的應(yīng)變下發(fā)生變化，從而可以感應(yīng)機械應(yīng)力和壓力。這些紙上筆式PZR傳感器中的第一個是幾年前制造的，作為硅PZR傳感器的替代產(chǎn)品，硅PZR傳感器價格昂貴且需要復(fù)雜的制造工藝。

“PZR 傳感器可以通過用石墨鉛筆和紙的人可以得出，”挺郭康，在高雄市，臺灣正修科技大學的研究員告訴Phys.org。

盡管石墨PZR傳感器比硅傳感器更容易制造，但它們通常不那么敏感，因為石墨的電性能不如硅。在發(fā)表于《應(yīng)用物理快報》上的一項新研究中，Kang進一步研究了石墨PZR特性的潛在機理，并提高了石墨基PZR傳感器的靈敏度。

PZR靈敏度的特征在于規(guī)格系數(shù)（GF），該系數(shù)被定義為電阻變化與所施加應(yīng)變的比值。硅PZR傳感器的GF大于100，而石墨PZR傳感器的GF為個位數(shù)。

在實驗中，Kang使用了12種不同等級的石墨鉛筆在紙上繪制U形PZR傳感器。鉛筆根據(jù)石墨與粘土的比例進行分級。等級范圍從9B到2H，其中H表示由鉛筆的粘土含量引起的硬度，B表示由于石墨含量導(dǎo)致的黑色度。

不同等級鉛筆的相對電阻與施加應(yīng)力之間的關(guān)系。差異源自相鄰石墨之間的初始隧穿距離的變化。

將傳感器畫在放在電子秤上的紙上，以便為每個鉛筆畫出的傳感器測量并保持一致的畫力。然后將圖紙粘貼在印刷電路板（PCB）板上，并在每個PCB板上安裝一個應(yīng)變儀。然后，Kang使用四點彎曲技術(shù)將應(yīng)力循環(huán)施加到傳感器上，并通過電路在施加的應(yīng)力下測量傳感器的電壓變化。

他發(fā)現(xiàn)不同等級的鉛筆會產(chǎn)生不同的GF值，因此會產(chǎn)生不同的PZR敏感性。具體地，粘土與石墨的比例越高，在施加的應(yīng)力下電阻的變化越大，并且GF越大。

Kang解釋說，這些差異可以歸因于相鄰石墨之間初始隧穿距離的變化，而隧穿距離的增加對應(yīng)于GF的增加。

康說：“石墨的隧道效應(yīng)是從一個石墨穿過粘土的絕緣體到另一個石墨�！� “隧道結(jié)構(gòu)看起來像金屬-絕緣體-金屬。”

當前，由硅制成的PZR傳感器被用作壓力傳感器，加速度計和生物傳感器以及其他應(yīng)用。隨著鉛筆狀石墨 PZR傳感器的靈敏度不斷提高，它們也可用于這些應(yīng)用。Kang還計劃使用紙上筆技術(shù)開發(fā)靈活的一次性傳感器應(yīng)用程序。