Använda grafitpennor för att rita på vanligt papper, forskare kan göra några mycket billiga piezoresistiva (PZR) sensorer. På grund av den piezoresistiva effekten, en sensors motstånd ändras under en påförd belastning, så att den känner av mekanisk stress och tryck. Den första av dessa PZR-sensorer med penna på papper tillverkades för några år sedan som ett alternativ till PZR-sensorer av kisel, som är kostsamma och kräver sofistikerade tillverkningsprocesser.

"PZR-sensorer kan ritas av alla med en grafitpenna och papper, "Ting-Kuo Kang, en forskare vid Cheng Shiu University i Kaohsiung City, Taiwan, berättade Phys.org .

Även om grafit PZR-sensorer är mycket lättare att tillverka än kiselsensorer, de är i allmänhet inte lika känsliga eftersom grafits elektriska egenskaper inte är lika bra som kisel. I en ny studie publicerad i Bokstäver i tillämpad fysik , Kang har ytterligare undersökt de underliggande mekanismerna för grafits PZR-egenskaper och förbättrat känsligheten hos grafitbaserade PZR-sensorer.

PZR-känslighet kännetecknas av gauge-faktorn (GF), vilket definieras som förhållandet mellan förändringen i elektriskt motstånd och den applicerade töjningen. Medan kisel PZR-sensorer har GF:er över 100, GF -värdena för grafit PZR -sensorer finns i enkelsiffrorna.

I experiment, Kang använde 12 olika kvaliteter av grafitpennor för att rita U-formade PZR-sensorer på papper. Pennorna graderas efter förhållandet mellan grafit och lera. Betygen varierade från 9B till 2H, där H betecknar hårdheten som orsakas av pennans lerinnehåll, och B betecknar svärtan på grund av grafitinnehållet.

Sensorerna ritades på papper som placerades på en elektrisk skala för att mäta och bibehålla en konsekvent dragkraft för varje penndragen sensor. Ritningarna limmades sedan på kretskortsremsor (PCB), och en töjningsmätare monterad på varje PCB-remsa. Sedan applicerade Kang påkänningscykler på sensorn med en fyrpunktsböjningsteknik, och mätte sensorns spänningsförändring under den applicerade spänningen genom en elektrisk krets.

Han fann att olika blyertskvaliteter ger olika GF-värden, och därför olika PZR-känsligheter. Specifikt, ju högre förhållandet är mellan lera och grafit, ju större förändringen i motståndet under den applicerade spänningen, och ju större GF.

Kang förklarar att dessa skillnader kan tillskrivas variationer i de initiala tunnelavstånden mellan närliggande grafit, med en ökning av tunnelavstånd motsvarande en ökning av GF.

"Grafittunneleffekten är från en grafit genom lerisolatorn till en annan grafit, " Sa Kang. "Tunnelstrukturen ser ut som en metall-isolator-metall."

För närvarande, PZR-sensorer gjorda av kisel används som trycksensorer, accelerometrar, och biologiska sensorer, bland andra applikationer. När känsligheten hos PZR-sensorer av penndragen grafit fortsätter att förbättras, de kan också användas för dessa applikationer. Kang planerar också att utveckla flexibla sensorapplikationer för engångsbruk med penna-på-papper-tekniker.

© 2014 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.