日本先进产业技术研究所纳米管应用研究中心超级生长CNT研究组首席研究员Takero Yamada利用单层碳纳米管(CNT)开发出了一种柔性应变传感器。 粘贴在衣服和身上,可以检测膝盖屈伸、手指运动、呼吸和发声等人体动作。 预计将用于医疗保健领域,例如在康复治疗期间监测运动而不妨碍患者的活动。
该应变传感器将对齐的单层 CNT 薄膜附着到可拉伸聚合物基板上,并利用 CNT 薄膜的电阻变化来检测应变。 菌株检测率高达 280%。 据工业研究所称,其检测能力相当于“原始金属应变传感器的约50倍”。 对于低于150%的应变,传感器具有重复使用10,000次以上的耐用性。 此外,传感器对应变的响应时间为14ms。 “该产品是传感器中速度最快的,可以测量超过 100% 的大应变”(产业研究所)。
原有的金属应变传感器灵活性较差,在测量人体运动时存在运动受限的问题(可检测应变约为5%)。 此外,虽然市场上有采用导电材料和高分子复合材料的应变传感器,但当发生严重应变时,会发生蠕变变形。 “变形需要100多秒才能稳定到可以测量应变的状态。” (生产综合研究)。 除了前面提到的更高的灵活性外,该传感器还具有比使用导电材料和聚合物复合材料的传感器快20倍以上的蠕变恢复速度。
工研院纳米管应用研究中心开发了一种合成更高碳纯度的单层碳纳米管的方法——“超级生长法”,在单层碳纳米管的用途开发方面取得了进展。 将垂直取向长尺寸单层CNT膜进行高密度加工,使其层叠在Si晶片上,成功制作出高密度取向CNT晶片。 此次,通过将这种高密度取向的CNT晶片以任意取向方向粘贴在柔性基板的任意位置上,可以制造出将CNT与可拉伸聚合物基板结合的柔性部件。
这项研究是日本科学技术振兴机构(JST)战略创建研究促进行动(CREST)“通过过程集成创建具有功能发现的纳米系统”研究领域的研究课题 - “使用自组织过程 创建纳米系统。” 作为“功能复合碳纳米管元件和柔性纳米MEMS元件”项目实施。