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新型可测人体动作的CNT传感器面世

导读: 该应变传感器将配过向的单层CNT薄膜粘贴在具有伸缩性的高分子基板上,利用CNT膜的电阻变化检测应变。可检测大至280%的应变。产综研表示,该检测能力相当于“原金属制应变传感器的约50倍”。

  日本产业技术综合研究所(产综研)纳米管应用研究中心Super Growth CNT研究小组主任研究员山田健郎,开发出了利用单层碳纳米管(CNT)的柔性应变传感器。粘贴在衣服和身体上,可检测膝盖屈伸、手指活动及呼吸发声等人体动作。有望用于医疗及保健领域,诸如在康复治疗时在不妨碍患者活动的情况下监控动作等。

  该应变传感器将配过向的单层CNT薄膜粘贴在具有伸缩性的高分子基板上,利用CNT膜的电阻变化检测应变。可检测大至280%的应变。产综研表示,该检测能力相当于“原金属制应变传感器的约50倍”。对于150%以下的应变,该传感器具有可反复使用1万次以上的耐久性。另外,该传感器对于应变的响应性为14ms,“在可测量100%以上大型应变的传感器中,该产品的速度最快”(产综研)。

  原来的金属制应变传感器柔软性较差,在测量人体动作时,存在动作受限的课题(可检测的应变为5%左右)。另外,虽然市面上还有采用导电性材料及高分子复合材料的应变传感器,但发生剧烈应变时,就会出现蠕变变形,“变形稳定至可测量应变的状态需要100s以上的时间”(产综研)。此次的传感器除了前面提到的柔软性较高之外,与采用导电性材料及高分子复合材料的传感器相比,蠕变恢复的速度也提高了20倍以上。

  产综研的纳米管应用研究中心开发出了碳纯度较高的单层CNT合成法——“Super Growth法”,使单层CNT的用途开发取得了进展。将垂直配向的长尺寸单层CNT薄膜进行高密度处理,使其倒伏在Si晶圆上,成功制作出了高密度配向CNT晶圆。此次,通过将这种高密度配向CNT晶圆以任意配向方向粘贴在柔性基板的任意位置,可制作出CNT与具有伸缩性的高分子基板相结合的柔性元件。

  该研究是作为日本科学技术振兴机构(JST)战略创造研究推进业务的小组型研究(CREST)“创制以工艺整合发现功能的纳米系统”研究领域的研究课题——“采用基于自组织工艺创制的功能性复合CNT元件的柔性纳米MEMS元件”的一个项目而实施的。详情预定于2011年3月28日(日本时间)刊登在学术杂志“Nature Nanotechnology”的网络版上

  另外,据产综研介绍,今后还将与企业等开展合作,推进元件的实用化研究。
 

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