“连一粒米的碎片、一根羽毛所带来的压力都能感受出来。”近日，中科院深圳先进院集成所光子信息与能材料研究中心（以下简称研究中心）在压力传感器领域取得新进展，相关成果发表于材料领域权威期刊美国化学学会《应用界面材料》。
△ 论文的第一作者，深圳先进院陈明副研究员（左二），通讯作者是李文杰副研究员，钟国华副研究员和杨春雷研究员。
在接受采访时，论文的第一作者，深圳先进院陈明副研究员告诉读创/深圳商报记者，这次的突破主要体现在压力传感器的综合性能得到提高：压力传感器更灵敏，响应时间更快，实现了更低的检测极限。
传感器界的“豌豆公主”
目前已有电阻式、压电式、电容式、离电子式的柔性压力传感技术，陈明告诉记者，研究中心取得最新进展的压力传感器属于电阻式。他用一段实验视频向记者展示了压力传感器快速响应及低检测极限的含义。
实验室环境内悬挂着一颗乒乓球，不施加外力。右侧机械臂的食指上装置了研究中心最新的压力传感器。食指靠近乒乓球，在触碰到球表面的瞬间又缩了回去。陈明表示，研究中新最新的压力传感器响应时间为90us（微秒），而传统的压力传感器响应时间一般为40-50 ms级别（毫秒）。
此外，陈明解释，肉眼看到乒乓球是静止的，实际上它受到流动空气的影响，有轻微的抖动，肉眼看不见的抖动，压力传感器可以检测到，这说明我们的压力传感器具有更低的检测极限。
陈明说，低检测极限意思是能检测到外来的非常低的压力，是衡量传感器灵敏度的指标之一。“我们的检测极限达到了0.36Pa（帕斯卡）。”陈明解释，这意味着，一颗米粒的碎片、一根羽毛，或者说一句话、轻呼一口气所带来的压力，都能被传感器捕捉。
陈明还提到了“信噪比”的概念。在视频中可以看到，当食指上的传感器碰到乒乓球表面，电脑屏幕显示电流曲线垂直上升，在食指离开球表面的时候，曲线垂直回到水平状态。
陈明表示，信噪比低的传感器容易受到干扰，曲线会呈波动上升下降的状态，而该传感器检测信号时，不易受到干扰，检测到的信号大于“噪音”，因此曲线很干净，直上直下。
新突破有望应用于精工领域
记者了解到，此次陈明在检测极限和灵敏度上取得的进展要归功于制备材料和接触点调制技术的配合使用，也就是柔性聚酰亚胺薄膜+粗糙叉状电极+聚二甲基硅氧烷薄膜微结构的组合。
△ 不同微结构的压力传感器传感特性，其中“粗糙-粗糙”型传感器具备超高的灵敏度及最宽的动态范围，研究中心此次取得突破的压力传感器所用的正是“粗糙-粗糙”型调制技术。
陈明说，电阻式压力传感器的原理是压力改变电阻，进而改变电流，电流反应出压力变化。传统的方案是导电传感材料和传感器衬底实现面接触——
可以想象为我们的左手掌涂上了导电传感材料，按压到右手掌上，两个平面完全接触在一起。陈明在衬底上加上了粗糙叉状电极，可以想象为在手上撒上一些沙子。这时，左手掌按压到右手掌时，会先接触到一粒粒沙子，随着压的力度加大，左手掌才会接触到右手掌。通过这样的改变，在同样按压力度下，电流的变化更大。
这意味着，按压力度不变，电流变化变大了，传感器能更明显地感受到压力变化。
△ 传感器可用于检测微弱压力（米粒），检测极限达到了0.36Pa（帕斯卡）。也可用于实时监测人体脉搏。
陈明提到，更低的检测极限，能检测到轻微的压力，拓展了其在精工领域的应用。下一步，他希望推进其在生物医学，健康监测和人工智能等方向的应用。
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来源 读创App 项目来啦
读创/深圳商报记者 李旖露
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