可以檢測壓力微小變化的微觀傳感器具有許多有用的應(yīng)用，特別是在機(jī)器人和健康監(jiān)測可穿戴設(shè)備的開發(fā)中。但是，大多數(shù)現(xiàn)有的基于電容和基于晶體管的壓力傳感器都具有許多限制，包括靈敏度低，響應(yīng)速度慢，功耗高以及穩(wěn)定性不令人滿意。

在加利福尼亞州和湖南大學(xué)的大學(xué)的研究人員最近提出的發(fā)展高度敏感的一個新的戰(zhàn)略壓力傳感器，可以克服現(xiàn)有的一些壓力的限制傳感器。他們的方法發(fā)表在《自然電子》上的一篇論文中，該方法需要將導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)氣隙門(CMAG)與2-D半導(dǎo)體晶體管集成在一起。

進(jìn)行這項研究的研究人員之一黃允超對TechXplore表示：“與理論研究相比，我一直對實際應(yīng)用更感興趣。”“在加州大學(xué)洛杉磯分校的第一年，段教授鼓勵我探索不同的領(lǐng)域并找到我最熱衷的話題。閱讀了許多論文后，我對壓力感測應(yīng)用感興趣并開始對其進(jìn)行實驗。”

Huang和她的同事通過將CMAG與2-D半導(dǎo)體晶體管集成在一起來制造壓力傳感器，因為他們發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計提高了其傳感性能。這個想法是在一次小組會議上向他們提出的，在該小組會議上，Huang發(fā)表了她的一些研究發(fā)現(xiàn)。

Huang說：“我們認(rèn)為，如果我們能夠創(chuàng)造'真正的'微結(jié)構(gòu)化氣隙，以克服傳統(tǒng)微結(jié)構(gòu)化設(shè)備中彈性體的粘彈性行為，并將其與2-D晶體管集成在一起，我們的傳感器將表現(xiàn)出更高的壓力敏感性和更快的響應(yīng)速度。”“這將有益于廣泛的實際應(yīng)用，例如聲波檢測，壓力映射，健康監(jiān)測等。”

在研究人員開發(fā)的傳感器中，CMAG會產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)的氣隙，而不會導(dǎo)致不良的粘彈性行為，這在更常規(guī)的設(shè)備中的彈性體中可以觀察到。這最終導(dǎo)致更高的靈敏度，更快的響應(yīng)時間，更低的功耗和出色的穩(wěn)定性。

Huang說：“通過將2D半導(dǎo)體晶體管與獨特的CMAG集成在一起，我們的CMAG晶體管傳感器可以得到進(jìn)一步增強(qiáng)，以實現(xiàn)更好的性能，從而實現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。”

在最初的實驗中，研究人員建造的傳感器顯示出可調(diào)的靈敏度和壓力感應(yīng)范圍，在0-5 kPa的情況下平均靈敏度為44kPa-1，峰值靈敏度高達(dá)770 kPa-1。此外，當(dāng)使用氣隙柵作為二維半導(dǎo)體晶體管的壓敏柵時，Huang和她的同事們能夠以優(yōu)化的方式將其器件的靈敏度進(jìn)一步提高至?103–107 kPa-1壓力范圍約為1.5 kPa。

Huang和她的同事們提出的基于CMAG的設(shè)計策略相當(dāng)容易實現(xiàn)。此外，它可以應(yīng)用于電容式和基于晶體管的傳感器的開發(fā)。

研究人員展示了其壓力傳感器在許多應(yīng)用中的潛力，包括實現(xiàn)靜態(tài)壓力映射，測量人脈搏和檢測聲波。將來，它們的高靈敏傳感器可用于開發(fā)具有更先進(jìn)傳感功能的機(jī)器人，可隨時間監(jiān)視患者健康的可穿戴設(shè)備以及其他幾種技術(shù)工具。

Huang說：“希望CMAGs的概念將為新型壓力傳感器鋪平道路。”“我們現(xiàn)在正在基于CMAGs的概念設(shè)計共形/柔性壓力傳感器陣列，這將使人機(jī)界面和相關(guān)應(yīng)用成為可能。我們希望將來展示更多我們的工作。”