新加坡研究人員利用MXenes材料開發(fā)出無線、無電池的應變傳感器

新加坡國立大學(NUS)的一個研究小組在助理教授Chen Po-Yen的帶領下，開發(fā)出一系列新型納米材料應變傳感器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，測量微小運動時的靈敏度提高了10倍，為提高工業(yè)機器人手臂的安全性和精確度邁出了重要一步。這些新型應變傳感器采用名為MXenes的柔性、可拉伸和導電的納米材料制造，具有超薄、無電池和無線傳輸數(shù)據(jù)的特點。

Chen教授解釋說："傳統(tǒng)應變傳感器的性能一直受限于所使用的傳感材料的性質(zhì)，用戶為特定應用定制傳感器的選擇有限。在這項工作中，我們開發(fā)了一種控制MXenes表面紋理的簡便策略，這使我們能夠控制各種應變傳感器的傳感性能。這項工作中開發(fā)的傳感器設計原理將顯著提升電子皮膚和軟體機器人的性能。"

這些新型應變傳感器可以像電子皮膚一樣涂抹在機械臂上，以測量它們被拉伸時的細微運動。當沿著機械臂的關節(jié)放置時，這些應變傳感器可以讓系統(tǒng)精確地了解機械臂的移動程度以及它們當前相對于靜止狀態(tài)的位置。目前現(xiàn)成的應變傳感器不具備執(zhí)行這一功能所需的精度和靈敏度。

該技術(shù)的突破在于開發(fā)了一種生產(chǎn)工藝，使研究人員能夠在一個較寬的工作窗口上制造出高度可定制的超敏感傳感器，具有高信噪比。傳感器的工作窗口決定了它在保持傳感質(zhì)量的同時可以拉伸多少，而擁有高信噪比意味著更高的精度，因為傳感器可以區(qū)分機械臂的細微振動和微小運動。

這種生產(chǎn)工藝使得團隊可以在保持高靈敏度和信噪比的前提下，將傳感器定制到0-900%之間的任何工作窗口。標準傳感器通?？梢詫崿F(xiàn)100%的范圍。通過將多個具有不同工作窗口的傳感器結(jié)合起來，新加坡國立大學的研究人員可以創(chuàng)建一個單一的超敏感傳感器，否則就不可能實現(xiàn)。

論文標題為《Wireless Ti3C2Tx MXene Strain Sensor with Ultrahigh Sensitivity and Designated Working Windows for Soft Exoskeletons》，發(fā)表在《ACS Nano》上。