Согласно последним исследованиям, проведенным учеными Ренсселерского Политехнического Института, блоки углеродных нанотрубок можно использовать для создания эффективных и мощных датчиков давления. Используя уникальные электрические и механические свойства материала, исследователи сдавливали трехмиллиметровый блок нанотрубки, и обнаружили, что он очень подходит для потенциального применения в качестве датчика давления. Независимо от того, сколько раз и насколько сильно сдавливали блок, он демонстрировал постоянное линейное соотношение между размером прилагаемой силы и электрическим сопротивлением. "Благодаря линейной зависимости между нагрузкой и напряжением, здесь можно получить очень хороший датчик давления", - рассказывает Суббалакшми Шреекала, исследователь из Ренсселера и автор данного исследования.  Исследователи из Ренсселера продемонстрировали, что небольшой блок углеродной нанотрубки, подобный этому, может использоваться для создания эффективного высокочувствительного датчика давления.  При сжатии блока отдельные углеродные нанотрубки начинают сгибаться, что, в свою очередь, снижает электрическое сопротивление блока. Исследователи могут измерить это сопротивление, чтобы точно определить, какое давление оказывается на блок. По словам Шреекала, датчик, включающий блок углеродной нанотрубки, сможет улавливать небольшие изменения массы, и сможет успешно использоваться в целом ряде практических и промышленных применений. Двумя потенциальными применениями являются измерители давления автомобильных покрышек, а также микро электромеханический датчик давления, который можно использовать с оборудованием по производству полупроводников. Несмотря на большое количество исследований механических свойств структур углеродных нанотрубок, которые осуществлялись на протяжении последнего десятилетия, эта работа первая, в которой исследуется и документируется соотношение между давлением и сопротивлением материала. Данная работа, озаглавленная "Воздействие относительно сжатия на электрическую проводимость макроразмерного блока углеродной нанотрубки", была опубликована в последнем номере Applied Physics Letters. В ходе ряда экспериментов ученые помещали блок углеродной нанотрубки в зажимное устройство, и прикладывали напряжение различной степени. Они отмечали применяемое напряжение, и измеряли соответствующее напряжение, влияющее на блок нанотрубки. По мере того, как его сжимали, исследователи также пропускали через блок электрический заряд и измеряли сопротивление, или же то, насколько просто заряд проходил от одного конца блока до другого. Коллектив ученых обнаружил, что напряжение, приложенное к блоку, находилось в линейной зависимости от электрического сопротивления блока. Чем больше сжимали блок, тем больше падало сопротивление. На графике соотношение представлено аккуратной прямой линией. Это означает, что всякий раз, когда на блок действует нагрузка X, можно с уверенностью ожидать, что сопротивление блока понизится на Y. Такая надежность и предсказуемости зависимости делают блок углеродной нанотрубки идеальным материалом для создания высокочувствительного датчика давления, рассказывает Шреекала. Датчик давления будет функционировать так же, как и обычные весы. Помещая объект с неизвестным весом на блок углеродной нанотрубки, мы надавливаем на блок, и его электрическое сопротивление начинает уменьшаться. Затем датчик будет посылать электрический заряд через блок нанотрубки, и записывать сопротивление. Затем нетрудно будет вычислить точный вес объекта благодаря линейной и неизменной зависимости между напряжением и сопротивлением.
Опубликованное в начале года исследование, написанное старшим научным сотрудником Ренсселера Виктором Пушпараджем, который также является автором работы о датчике давления, показало, что углеродные нанотрубки способны выдерживать повторяющуюся нагрузку, сохраняя при этом структурную и механическую целостность. Электрическое сопротивление уменьшается по мере того, как на блок оказывают давление, поскольку у заряженных электронов становится больше путей передвижения от одного края блока до другого. В новом исследовании Шреекала и его исследовательский коллектив, обнаружили, что линейная зависимость между напряжением и сопротивлением блока углеродной нанотрубки сохраняется при сжатии до 65 процентов от исходной высоты. Вне этих пределов начинается снижение механических свойств блока, и линейная зависимость нарушается. Коллектив в настоящее время ищет способы повышения прочности нанотрубок за счет смешивания их с полимерными композитами для производства нового материала с более долговременной зависимостью напряжения и сопротивления.
"Основная проблема заключается в том, чтобы выбрать нужный полимер так, чтобы не терять эффективности и сохранить тот же отклик", - сказал Шреекала.
Финансирование проекта осуществляет Focus Center New York for Interconnects. О Ренсселерском Политехническом Институте
Ренсселерский Политехнический Институт был основан в 1824, это старейший в стране технологический университет. Факультеты Ренсселер известны своими заслугами в области исследований по широкому диапазону дисциплин, с наибольшим предпочтением биотехнологиям, нанотехнологии, информационной технологии и медийным искусствам и технологиям. Институт хорошо известен благодаря успешной передаче технологий из лабораторий на рынок, чтобы новые открытия и изобретения приносили пользу человечеству, защищали окружающую среду и укрепляли экономическое развитие. www.omnexus.com |
