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新型光,熱和觸感傳感器
來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/11/12

該傳感器可以測(cè)量體溫的變化,并對(duì)日光和溫暖的觸摸做出反應(yīng)。圖片來(lái)源:Thor Balkhed


受自然皮膚行為的啟發(fā),林雪平大學(xué)有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)了一種適用于電子皮膚的傳感器。它可以測(cè)量體溫的變化,并對(duì)日光和溫暖的觸摸做出反應(yīng)。

機(jī)器人技術(shù),對(duì)觸摸有反應(yīng)的假體以及健康監(jiān)測(cè)是全球科學(xué)家致力于開發(fā)電子皮膚的三個(gè)領(lǐng)域。他們希望這種皮膚具有彈性并具有某種形式的敏感性。林雪平大學(xué)有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)通過(guò)結(jié)合多種物理現(xiàn)象和材料,朝著這種系統(tǒng)邁出了一步。結(jié)果是,類似于人類皮膚的傳感器可以感知溫度變化,該溫度變化是由溫暖物體的觸摸以及太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量引起的。


有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室的有機(jī)光子學(xué)和納米光學(xué)小組的學(xué)生Mina Shiran Chaharsoughi說(shuō):“我們受到自然界及其感應(yīng)熱量和輻射的方法的啟發(fā)!


她與同事一起開發(fā)了一種傳感器,該傳感器將熱電和熱電效應(yīng)與納米光學(xué)現(xiàn)象結(jié)合在一起。


當(dāng)熱電材料被加熱或冷卻時(shí),會(huì)產(chǎn)生電壓。溫度的變化會(huì)發(fā)出快速而強(qiáng)烈的信號(hào),但衰減的速度幾乎一樣快。


相反,在熱電材料中,當(dāng)材料具有一個(gè)冷側(cè)和一個(gè)熱側(cè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓。此處的信號(hào)緩慢出現(xiàn),必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能進(jìn)行測(cè)量。熱量可能來(lái)自溫暖的接觸或陽(yáng)光。所需要的只是一側(cè)比另一側(cè)更冷。


“我們想享受兩全其美的優(yōu)勢(shì),因此,我們將Dan Zhao,Simone Fabiano和有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室的其他同事在之前的項(xiàng)目中開發(fā)的熱電聚合物與熱電凝膠相結(jié)合。這種結(jié)合可以提供快速而強(qiáng)烈的信號(hào)只要存在刺激就會(huì)持續(xù)下去”,有機(jī)光子學(xué)和納米光學(xué)小組的負(fù)責(zé)人馬格努斯·瓊森說(shuō)。


此外,事實(shí)證明,兩種材料以增強(qiáng)信號(hào)的方式相互作用。


新的傳感器還使用了另一種稱為等離激元的納米光學(xué)實(shí)體。


“當(dāng)光與金和銀等金屬的納米粒子相互作用時(shí),就會(huì)產(chǎn)生等離子體。入射光會(huì)導(dǎo)致粒子中的電子一致振蕩,從而形成等離激元。這種現(xiàn)象為納米結(jié)構(gòu)提供了非凡的光學(xué)特性,例如高散射和高吸收率”,Magnus Jonsson解釋說(shuō)。


在以前的工作中,他和他的同事們已經(jīng)證明,已在納米孔上打孔的金電極借助等離激元可有效吸收光。吸收的光隨后被轉(zhuǎn)換為熱量。有了這樣的電極,在面對(duì)太陽(yáng)的一側(cè),納米孔的金薄膜就可以使傳感器迅速將可見光轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的信號(hào)。


另外,傳感器還具有壓力感應(yīng)功能。


Magnus Jonsson說(shuō):“當(dāng)我們用手指按下傳感器時(shí)會(huì)出現(xiàn)信號(hào),但是當(dāng)我們用一塊塑料對(duì)其施加相同的壓力時(shí)卻不會(huì)出現(xiàn)。它會(huì)對(duì)手的熱量產(chǎn)生反應(yīng)!


除了Mina Shiran Chaharsoughi和Magnus Jonsson之外,他們的同事Dan Zhao,Simone Fabiano和有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室的Xavier Crispin教授也為這項(xiàng)研究做出了貢獻(xiàn),其結(jié)果最近發(fā)表在科學(xué)雜志《先進(jìn)功能材料》上。


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