一塊不起眼的海綿，加上一點更不起眼的碳黑，就可以造出超靈敏的壓力檢測器。近日，來自四川大學高分子研究所盧燦輝與張新星研究團隊就發明出了這樣的用于壓力靈敏檢測的復合材料。
柔性高靈敏壓力檢測裝置在諸多領域都有著重要的應用，如機器人設計、電子皮膚、醫用器械等。壓電材料是這個領域的一大“法寶”，但是它在檢測低值壓力方面往往捉襟見肘。近些年來，雖然學界通過微納組裝材料的設計能解決上述難題，但成本居高不下。盧燦輝與張新星研究團隊的最新研究成果，在保留了壓力傳感材料的優異性能外，極大地降低了其制作成本。
物美價廉的材料
他們的方案是使用普通聚氨酯海綿和碳黑，利用特殊的層層組裝技術，研究者可以將多層帶相反電荷的碳黑顆粒較均勻地涂覆在海綿的骨架之上。之所以利用了碳黑，是為了讓海綿獲得導電性質。這種方式制作的材料成本為5分/cm3。
那么，這樣一種海綿為什么能夠檢測壓力呢？原來，海綿在受到壓力后，其骨架上的碳黑涂層會受到破壞，產生一些微小的縫隙，這些縫隙會造成宏觀上的導電性能的下降，因此只要監測海綿的導電性，就可以檢測壓力的變化。
值得一提的是，如果形變繼續增加，海綿骨架之間就會彼此接觸，因此宏觀導電性能反而會上升。因此，壓力與導電性能的關系體現為上述兩種影響方式的協同效果。也正是因為這兩種關系的存在，材料對于微小形變與巨大形變都可以監測。
此外，材料有著很好的耐用性，經過多達5000次的循環形變后，主要指標依舊可以維持。同時具有超快的響應速度（<20ms）。
多樣的使用場景
這種材料的應用非常多樣，研究者用其構建了聲音識別裝置與動作識別裝置。
以上說明了這種材料在監測微小形變上的應用。在巨大形變上的監測表現上也同樣適用。
另外，這種材料也可以監測脈搏，或構建電子“皮膚”。
該課題組的這項發明，有望在多種可穿戴設備、醫療設備、電子設備中得到應用。
參考文獻：
Wu, X.; Han, Y.; Zhang, X.; Zhou, Z.; Lu, C., Large-Area Compliant, Low-Cost, and Versatile Pressure-Sensing Platform based on Microcrack-Designed Carbon Black@Polyurethane Sponge for Human–Machine Interfacing. Advanced Functional Materials, 2016, DOI: 10.1002/adfm.201601995
標簽： 僅為
