Упругие углеродные нанотрубки позволяют делать датчики, похожие на кожу
 Фото удивительного материала, предложенного учеными из США. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Группа ученых из Stanford University (США) создала прозрачные эластичные пленки при помощи напыления углеродных нанотрубок на верхнюю и нижнюю поверхности плоского листа силикона. После нанесения покрытия, исследователи растянули лист во всех направлениях. После ослабления приложенной силы силикон сжался, а напыленные углеродные нанотрубки образовали волнистые пружино-подобные структуры. Дальнейшие исследования показали, что эти структуры позволяют весьма точно определить силу, приложенную к материалу (и вызывающую деформацию растяжения или сжатия).
Созданная структура ведет себя наподобие конденсатора с силиконовым изолирующим слоем, емкость которого зависит от толщины и площади поверхности изолятора. Во время приложения внешней силы силиконовый слой сжимается, т.е. изменяется емкость этого конденсатора. Соответственно, для измерения приложенной силы достаточно оценить изменение емкости (или сохраненного заряда). После прекращения воздействия силикон возвращает себе первоначальную форму; соответственно значение емкости возвращается к первоначальному уровню.
Важным достижением научной группы является то, что электропроводность такой пленки не изменяется, пока растяжение или сжатие материала не превышает первоначальную деформацию. Т.е. материал может быть растянут в 2,5 раза от начальной длины в любом направлении без каких-либо повреждений. После прекращения воздействия он вернется к первоначальному состоянию даже по прошествии определенного времени. В полностью растянутом состоянии пленка имеет проводимость порядка 2200 сименс на сантиметр и позволяет обнаружить давление около 50 кПа, что соответствует легкому прикосновению пальцев.
По мнению исследователей, их работа предлагает первый в своем роде гибкий прозрачный и растяжимый датчик, во многом по своим свойствам напоминающий кожу. Данная пленка может найти применение во множестве областей, начиная от экранов для мобильных устройств, которые будут реагировать не только на сам факт прикосновения, но и на его силу, и датчиков для складных сенсорных экранов, до прозрачных электродов для солнечных батарей, которые могут быть обернуты вокруг изогнутых поверхностей транспортных средств. Кроме того, материал открывает обширное поле для разработки датчиков для роботов и систем искусственного интеллекта. Исследователи ожидают и других приложений, в частности, тех, которые требуют биологической обратной связи. К примеру, подобный материал мог бы сослужить свою службу в «умных» автомобильных рулях, чувствующих, когда водитель засыпает. А искусственная кожа, выполненная из этого материала, поможет восстановить чувствительность, например, у пострадавших от ожогов.
Вдохновленные первыми результатами, ученые планируют в ближайшее время повысить чувствительность разработанного устройства к давлению (ранее их внимание было сосредоточено на повышении растяжимости и прозрачности структуры). Кроме того, они планируют попробовать объединить свой материал с образцами кожи.
Более подробная информация о разработке приведена в статье в журнале Nature Nanotechnology.
Также по теме:
- Могут ли углеродные нанотрубки помочь с удалением холестерина?
- Углеродные нанотрубки помогут сохранять солнечную энергию
Источники: