Из салфетки с нанотрубками сделали датчик растяжения

Инженеры создали датчик растяжения из салфетки, покрытой слоем углеродных нанотрубок. Для того, чтобы такая салфетка стала чувствительной к растяжению, они практически полностью разорвали ее, оставив небольшой участок, который резко увеличивает сопротивление при растяжении. Разработчики показали несколько устройств на его основе, таких как датчик сердцебиения и датчик движения глаз, говорится в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials Technologies.

Обычно для измерения движений человека используют акселерометры и гироскопы, которые измеряют перемещения и повороты тела в пространстве. Некоторые предлагают использовать специализированные датчики растяжения, которые могут более точно измерять, например, сгибания рук или пальцев. Как правило, они основаны на электропроводных материалах, которые меняют свое сопротивление в зависимости от растяжения, хотя есть прототипы, работающие и на других принципах, к примеру, оптоволоконные датчики.

Инженеры под руководством Чже-Хён Чхона (Jae-Hyun Chung) из Вашингтнонского университета разработали сенсоры растяжения на основе недорогих безворсовых салфеток, которые применяют для очистки поверхностей. Поскольку сама по себе такая салфетка не проводит ток, на нее нанесли раствор многостенных углеродных нанотрубок в органическом растворителе, которые осаждаются на целлюлозных волокнах. После этого на края фрагмента салфетки поместили два электрода из полимерной пасты с высоким содержанием серебряных частиц, которая застывает при нагревании и превращается в проводящий полимер.

За счет проводящих нанотрубок и серебряных электродов салфетка также становится электропроводной, но не годится в качестве чувствительного датчика растяжения. Поэтому инженеры предложили контролируемо растягивать ее таким образом, чтобы в салфетке образовывался разрыв, но некоторые волокна все же оставались связанными. После этого на салфетку с обоих сторон наносится полимерная пленка. За счет того, что две части фрагмента салфетки соединены небольшим количеством волокон, сопротивление такого сенсора очень быстро растет при растяжении.

Разработчики предложили использовать сенсор в качестве очень чувствительного датчика растяжения. Они собрали на его основе несколько прототипов устройств, в том числе закрепляемый на палец датчик сгибания и прикрепляемый на кожу датчик сердцебиения, улавливающий расширения сосудов.

Помимо этого инженеры показали, что при растяжении датчика его сопротивление растет нелинейно и при определенном растяжении он превращается в аналог конденсатора, который можно использовать как емкостный датчик, который реагирует на приближение проводящих предметов. Они продемонстрировали это, закрепив датчик на линзе очков. Поскольку при движении глаз расстояния от глаза до датчика меняется, инженеры смогли зарегистрировать с помощью сенсора базовые движения — вверх, вниз, вправо или влево.

В прошлом году другая группа ученых также создала датчик растяжения на основе нанотрубок и серебра, но в его основе лежал лист «бумаги», полностью состоящий из плотноупакованных нанотрубок и меняющий сопротивление при растяжении.

Григорий Копиев