Bärbar papperstrycksensor. Kredit:Neha Sakhuja
Flera industri-, bil- och hälsotillämpningar förlitar sig på exakt och exakt mätning av tryck. Flexibla och bärbara trycksensorer tillverkas vanligtvis med petroleumbaserade polymerer. Det fasta avfallet som genereras vid användning av sådan icke biologiskt nedbrytbar plast är skadligt för miljön. För att undvika detta problem har forskare vid Indian Institute of Science (IISc) nu tillverkat trycksensorer som använder papper som medium.
En trycksensor känner av fysiskt tryck och omvandlar det till en elektrisk signal som visas i form av ett tal som anger dess storlek. Nuförtiden får pappersbaserade elektroniska enheter större uppmärksamhet på grund av deras naturliga biologiska nedbrytbarhet, utmärkta flexibilitet, porösa fibrösa struktur, låga vikt och låga kostnad. Pappersbaserade sensorer som hittills utvecklats har dock vissa nackdelar.
"I vilken sensor som helst finns det alltid en avvägning mellan känslighet och dynamiskt omfång. Vi vill ha hög känslighet. Känslighet är i huvudsak ett mått på den minsta enhet (mängd tryck) som vi kan upptäcka. Och vi vill känna av att kvantitet över ett brett spektrum", säger Navakanta Bhat, professor vid Center for Nano Science and Engineering (CeNSE) och motsvarande författare till artikeln publicerad i ACS Sustainable Chemistry &Engineering . Hans team har föreslagit en design för papperssensorn som, tack vare sin struktur och flerskiktsstruktur, uppnår hög känslighet och kan detektera ett brett spektrum av tryck (0–120 kPa) med en svarstid på 1 millisekund.
Sensorn är gjord av vanligt och korrugerat cellulosapapper belagt med tenn-monosulfid (SnS) staplade alternativt för att bilda en flerskiktsarkitektur. SnS är en halvledare som leder elektricitet under specifika förhållanden. "Papper i sig är en isolator. Den stora utmaningen var att välja en lämplig 3D-enhetsstruktur och material för att ge papper konduktiva egenskaper", säger Neha Sakhuja, tidigare doktor. student vid CeNSE och uppsatsens första författare.
När tryck appliceras på sensorns yta minskar luftspalterna mellan pappersskikten, vilket ökar kontaktytan mellan dessa skikt. Högre kontaktyta leder till bättre elektrisk ledningsförmåga. När trycket släpps ökar luftspalterna igen, vilket minskar den elektriska ledningen. Denna modulering av den elektriska ledningsförmågan driver papperssensorns avkänningsmekanism.
"Vårt viktigaste bidrag är enhetens enkelhet. Det är som att skapa pappersorigami", förklarar Bhat.
Sensorn visar lovande i att utvecklas till en flexibel och bärbar elektronisk enhet, särskilt inom vårdsektorn. Till exempel monterade forskargruppen den på en mänsklig kind för att undersöka rörelsen som är involverad i tuggning, fäste den på en arm för att övervaka muskelkontraktion och runt fingrarna för att spåra deras knackning. Teamet designade till och med en numerisk, vikbar knappsats konstruerad med den interna pappersbaserade trycksensorn för att demonstrera enhetens användbarhet.
"De framtida tillämpningarna av denna enhet begränsas endast av vår fantasi", säger Bhat. "Vi skulle [också] vilja arbeta med att öka stabiliteten och hållbarheten hos dessa sensorer och eventuellt samarbeta med industrier för att tillverka dem i stort antal." + Utforska vidare
