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激光直写超高灵敏碳化硅应变传感阵列

发布时间::2018-12-13  阅读次数:7

近日,我校机械与动力工程学院轩福贞教授和高阳研究员团队在高性能传感技术领域取得重要进展,国际学术期刊Advanced Functional Materials以“Laser Direct Writing of Ultrahigh Sensitive SiC-based Strain Sensor Arrays on Elastomer toward Electronic Skins”为题,在线报道了相关研究成果。

实时感知压力容器等重大装备的服役健康状态是保障危险化学品行业安全生产的关键技术之一。其中,面向设备状态数据感知与获取的高性能传感器是制约这一领域的瓶颈。鉴于传统应变传感器难以满足复杂环境、高可靠、多数据融合的问题,目前工程中一般采用定期离线式检测手段获得设备的健康状态,尚不能实现对设备安全状态的实时快速决策。

研究团队从模拟人体皮肤对外界疼痛、冷热和机械刺激的感知出发,开展了压力容器等工业装备的仿生在线智能监测技术和系统研究,通过研制具有仿生功能的传感阵列,实现对压力容器等特种设备的实时监测。

研究团队利用激光直写(Laser Direct Writing)技术直接将柔性衬底转化为传感材料,成功制备了基于SiC应变传感器阵列。该工作的创新之处在于利用激光的定域加热作用,将弹性体衬底直接转化为传感材料,同时配以激光直写路径规划,制备出基于 SiC的传感阵列。与现有的半导体工艺相比,此方法具有制备工艺简单,成本低,与柔性衬底兼容的特点。

实验结果表明,SiC传感阵列的灵敏度最高可达2.47×105,远超过传统使用的应变传感器的灵敏度。此外,器件具有小的探测极限(0.05%),较好的频率响应特性(~1Hz),低的温度漂移以及高的机械耐久性(10000次疲劳测试),具有在智能监测系统中的应用潜力。

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、上海高等学校特聘教授(东方学者)项目、上海科技启明星等项目的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.201806786

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