物理學家創(chuàng)造了有史以來最靈敏的應(yīng)變傳感器，能夠檢測到羽毛的觸摸。

該傳感器是由薩塞克斯大學材料物理小組開發(fā)的，其拉伸強度比目前市場上的應(yīng)變儀高80倍，并且其電阻變化比研究中最敏感的材料高100倍。

研究團隊認為，這些傳感器可以為可測量患者生命體征的可穿戴技術(shù)以及監(jiān)測建筑物和橋梁結(jié)構(gòu)完整性的系統(tǒng)帶來新的靈敏度。

薩塞克斯大學數(shù)學與物理科學學院的馬庫斯·奧瑪拉（Marcus O'Mara）說：“下一波應(yīng)變傳感技術(shù)使用了諸如橡膠之類的彈性材料，并注入了諸如石墨烯或銀納米粒子之類的導電材料�，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了十多年。

“我們相信這些傳感器是向前邁出的一大步。與科學文獻中引用的線性和非線性應(yīng)變傳感器相比，我們的傳感器展現(xiàn)出有史以來最大的電阻絕對變化。”

薩塞克斯大學實驗物理教授艾倫·道爾頓（Alan Dalton）表示：“這項有前途的技術(shù)在醫(yī)療保健，運動成績監(jiān)控等成熟領(lǐng)域以及諸如軟機器人等快速發(fā)展的領(lǐng)域中可能特別有用。

高倍率下G球的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。圖片來源：薩塞克斯大學

“我們的研究開發(fā)了廉價，可擴展的健康監(jiān)測設(shè)備，可以對其進行校準，以測量從人體關(guān)節(jié)運動到生命監(jiān)測的所有內(nèi)容。可以在患者的身體上使用多種設(shè)備，無線連接并相互通信以提供實時移動健康診斷，費用僅為目前的一小部分�！�

這項發(fā)表在《高級功能材料》雜志上的新論文詳細介紹了以結(jié)構(gòu)化，可控制的方式將大量石墨烯納米片摻入PDMS基質(zhì)的過程，該過程可產(chǎn)生出色的機電性能。

作者說，該方法具有擴展到二維層狀材料和聚合物基質(zhì)的廣泛潛力。傳感器在所有測得的載荷水平下均提供了大大提高的電導率，而沒有明顯的滲漏閾值。

商用量規(guī)設(shè)備的靈敏度和應(yīng)變范圍相對較低，應(yīng)變系數(shù)范圍為2-5，最大應(yīng)變不超過5％應(yīng)變，導致電阻增加不到25％，并阻止了人體運動所需的高應(yīng)變感測監(jiān)控。

新傳感器能夠檢測到小于0.1％的應(yīng)變，這是因為它們的應(yīng)變系數(shù)更高，約為20，而應(yīng)變高達80％，其中指數(shù)響應(yīng)導致電阻變化超過一百萬。

這樣既可以進行高靈敏度的低應(yīng)變感測（用于脈沖監(jiān)測），也可以進行高應(yīng)變的胸部運動測量以及由于記錄電阻變化而導致的關(guān)節(jié)彎曲。

休息在玻璃小瓶的G球的照片。每個球都有一個柔軟的聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯，并涂有微觀的石墨烯片。圖片來源：薩塞克斯大學

薩塞克斯大學材料物理研究員西恩·奧吉爾維博士說：“通常基于金屬箔規(guī)的商業(yè)應(yīng)變傳感器，其精度和可靠性超過靈敏度和應(yīng)變范圍。納米復合材料是下一代應(yīng)變傳感器的誘人候選人。由于其彈性，但由于納米級聚合物的液體性質(zhì)，非線性效應(yīng)（例如磁滯和蠕變）阻礙了工業(yè)廣泛采用，這使得精確，可重復的應(yīng)變讀數(shù)成為一項持續(xù)的挑戰(zhàn)。

“我們的傳感器以一種可重復的，可預測的模式穩(wěn)定下來，這意味著盡管有這些影響，我們?nèi)匀豢梢蕴崛〕鰬?yīng)變的準確讀數(shù)�！�

這項工作在美國橡膠公司Alliance的支持下得以實現(xiàn)。

Alliance銷售與營銷副總裁Jason Risner表示：“聯(lián)盟有著悠久的創(chuàng)新歷史，對于我們在使用破壞性納米材料（例如石墨烯）的領(lǐng)先橡膠技術(shù)中發(fā)揮積極作用至關(guān)重要。我們至關(guān)重要與薩塞克斯大學Alan Dalton教授等科學領(lǐng)導者合作。

“我們很高興看到我們的合作伙伴關(guān)系可能產(chǎn)生的產(chǎn)品。石墨烯是一種可以改變我們生活的驚人材料。我們公司為能走在新事物的前沿感到自豪�！�