211service.com
Nano spiediena sensors
Pagrieziet, salieciet vai saspiediet pjezoelektriskos materiālus, un tie rada elektrību — efektu, ko izmanto mikrofonos un tālruņos. Tagad, izmantojot pjezoelektrisko efektu cinka oksīda nanovados, Džordžijas Tehnoloģiju institūta pētnieki ir izveidojuši nelielas ierīces, kas var izmērīt ārkārtīgi mazus spēkus diapazonā no nano līdz pikoņūtoniem. Tas ir par spēku, kas saistīts ar mijiedarbību starp divām molekulām, saka Džuns Lins Vans , materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors Georgia Tech, kurš vadīja pētījumu.
Vai jūtat to? Cinka oksīda nanovadi ir ārkārtīgi jutīgi pret nelieliem spēkiem diapazonā no nano līdz pikoņūtoniem. Kad neliels spēks (bultiņa) saliec nanovadu, elektriskie lādiņi uzkrājas uz stieples virsmas un samazina caur vadu plūstošo strāvu. Šo principu varētu izmantot, lai izgatavotu mazus spiediena sensorus, kurus var implantēt ķermenī un lidmašīnās un kosmosa kuģos.
Spēja izmērīt tik mazus spēkus var novest pie ierīcēm, kuras varētu implantēt ķermenī, lai nepārtraukti mērītu nelielas asinsspiediena izmaiņas, saka Vans. Sensorus varētu uzstādīt arī uz lidmašīnu un kosmosa kuģu spārniem, lai uzraudzītu ļoti nelielas spiediena svārstības. Un, tā kā strāvas plūsma caur nanovadu reaģē ātri, to var izmantot, lai izveidotu jutīgu sprūdu automašīnu gaisa spilveniem. Ja tas ir pakļauts ārējam spēkam, tas izslēdzas mikrosekundes laikā, saka Vans.
Ideja izmantot pjezoelektrisko efektu spiediena sensoru izgatavošanai nav jauna, saka Toh-Ming Lu , lietišķās fizikas profesors Renselāras Politehniskajā institūtā (RPI). Viņš saka, ka patiešām interesanti ir to darīt tik mazā mērogā - nanomērogā.
Savienojot abus cinka oksīda nanovada galus ar elektrodiem, Vanga grupa ir izveidojusi ierīces, kas līdzīgas elektronisko ierīču tranzistoriem. Elektroniskā tranzistorā, pieliekot spriegumu vārtu elektrodam, tiek kontrolēta strāvas plūsma starp avota un drenāžas elektrodiem. Jaunajā spiediena sensora tranzistorā divi elektrodi, ar kuriem nanovads ir savienots, darbojas kā avots un aizplūšana, taču nav vārtu. Tā vietā, lai pieliktu spriegumu pie vārtiem, vienkārši saliec vadu.
Kad nanovads saliecas, izstieptā stieples ārējā puse kļūst pozitīvi uzlādēta, savukārt saspiestā iekšējā virsma kļūst negatīvi uzlādēta. Lādiņu atšķirība rada spriegumu, kas aizstāj aizbīdņa spriegumu.
Cinka oksīds ir bioloģiski saderīgs, tāpēc nanovadu spiediena sensoru varētu implantēt rokā, lai nepārtraukti uzraudzītu asinsspiedienu, saka Vans. Sensors var pārsūtīt spiediena rādījumu uz pulksteņa uztvērēju, kas parāda datus.
Tā kā ierīce ir balstīta uz deformāciju vienā nanovadā, varētu domāt, ka jutība var būt ļoti augsta, saka Yi Cui , Stenfordas universitātes materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors.
Spiediena sensora priekšrocība ir tā, ka to var padarīt par pilnībā pašbarojamu ierīci, apvienojot to ar nanoģeneratoru, ko Vanga grupa ir iepriekš demonstrējusi. (Skatiet bezmaksas elektrību no nanoģeneratoriem.) Nanoģenerators izmantotu mehānisko enerģiju no pulsējošiem asinsvadiem un ģenerētu elektrību, kas darbinātu spiediena sensoru.
Šo koncepciju varētu attiecināt arī uz citiem sensoru veidiem. Viens ierīces lietojums varētu būt kā biosensors, saka Cui. Princips ir tāds, ka molekulas, kas satriecas vai pielīp pie nanovadiem, deformētu vadu un mainītu strāvu caur to. Pētnieki varētu arī izstrādāt ķīmisku sensoru, kurā ķīmiskā reakcija traucē nanovadu, saka RPI Lu.
Ideja šobrīd ir laboratorijas stadijā, un pētniekiem joprojām ir jānāk klajā ar pašapkalpošanās spiediena sensora ierīces dizainu. Šis inženierijas izaicinājums varētu nebūt viegls, saka Lu. Pamatideja ir diezgan laba, viņš saka. Tieši tā, kā jūs to darītu — ievietot to ķermenī un saņemt atbildi, izdomājiet, kas ir signāls, kāds ir troksnis — tas vienmēr ir izaicinājums.