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電子皮膚好觸感

韓國科學家最近發表了一種高靈敏的感壓膜(pressure-sensing membrane),它能感知落下的水滴、手腕的脈搏,甚至是瓢蟲輕盈的步伐也難以躲過此「電子皮膚」(electronic skin)的感測。

首爾大學的多尺寸仿生系統實驗室(Multiscale Biomimetic Systems Laboratory)根據仿生學的概念,從耳內、腸道及腎臟的信號傳遞系統汲取靈感。這些器官內的薄膜產生凹陷、起伏或彎曲時,薄膜表面的絨毛會因彼此摩擦而連結並產生訊號。此外,他們也受到甲蟲翅翼上固定機制的啟發,加入了自組裝的特性。該團隊的裝置主要由兩片聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate)薄板構成。這些薄板大小可達9 cm×13 cm,表面覆有由聚合物細絲(直徑100 nm,長度1000 nm)所構成的稠密陣列。細絲鍍有厚度20 nm的鉑金屬塗層,並接種在一層基底膜上,基底膜則是由已強化導電性的聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane)所構成。

研究人員接著將這兩片絨毛薄板面對面地接合,上下層的細絲如同魔鬼氈般嚙合在一起,然而與魔鬼氈的機械式嵌合不同的是,薄板間是藉由凡得瓦力緊密相連,而且能逆向分開。這些奈米絨毛能在層板間傳遞電流,其電阻隨著細絲接觸的面積改變。對基底膜的輕觸、下壓或扭轉都會使交織的奈米細絲產生摩擦或彎曲,進而造成電流值的改變。因為正向壓力、橫向剪力以及扭轉會產生不同的反應曲線,故此裝置能分辨出按壓、搓揉以及扭轉之間的差別。

此系統的應變係數(應力的改變所造成的電阻改變)對於正向壓力、剪力以及扭力分別是11.5、0.75及8.53。相較之下,石墨烯正向壓力感知器的應變係數為6.1,一般金屬箔片感知器則約為2.0。此外,這些感知器僅能偵測單一方向的應力,若要使其能辨別壓力、剪力和扭力,必須在各個方向配置感知元件。

該研究團隊表示,如此奈米連結機制並不需要整合複雜的奈米材料或層狀陣列,因此所製造出的感測平台具有簡單、便宜且耐用的優點,適用於高效能大尺寸的應變感測器中。詳見Nature Materials 11, pp.795-801 (2012)。

資料來源:Cheap, Pressure-Sensing ‘Electronic Skin’. spectrum.ieee [八月 03, 2012]

譯者:劉家宏(交通大學電子研究所)
責任編輯:劉家銘

轉載自 奈米科學網


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