211service.com
Nano slėgio jutiklis
Sukite, sulenkite ar išspauskite pjezoelektrines medžiagas, ir jos gamina elektrą – efektą, kuris naudojamas mikrofonuose ir telefonuose. Dabar, pasinaudodami pjezoelektriniu cinko oksido nanolaidelių efektu, Džordžijos technologijos instituto mokslininkai sukūrė mažyčius prietaisus, galinčius išmatuoti itin mažas jėgas – nano ir pikoniutono diapazone. Tai yra apie jėgą, susijusią su dviejų molekulių sąveika, sako Zhong Lin Wang , Georgia Tech medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius, vadovavęs tyrimui.
Jausti tai? Cinko oksido nanolaidai yra ypač jautrūs mažoms jėgoms, nuo nano iki pikoniutono. Kai maža jėga (rodyklė) sulenkia nanolaidą, elektros krūviai kaupiasi laido paviršiuje ir sumažina per laidą tekančią srovę. Pagal šį principą būtų galima gaminti nedidelius slėgio jutiklius, kurie gali būti implantuojami į kūną ir orlaiviuose bei erdvėlaiviuose.
Galimybė išmatuoti tokias mažas jėgas gali lemti prietaisus, kuriuos būtų galima implantuoti į kūną, kad būtų galima nuolat matuoti nedidelius kraujospūdžio pokyčius, sako Wang. Jutikliai taip pat gali būti montuojami ant lėktuvų ir erdvėlaivių sparnų, kad būtų galima stebėti labai mažus slėgio svyravimus. Kadangi srovės srautas per nanolaidą reaguoja greitai, jis gali būti naudojamas jautriam automobilio oro pagalvių paleidikliui sukurti. Jei jį veikia išorinė jėga, jis išsijungia per mikrosekundę, sako Wang.
Idėja panaudoti pjezoelektrinį efektą slėgio jutikliams gaminti nėra nauja, sako Toh-Ming Lu , Rensselaer politechnikos instituto (RPI) taikomosios fizikos profesorius. Iš tikrųjų įdomu tai daryti tokiu mažu mastu – nanoskalėje, sako jis.
Sujungusi du cinko oksido nanolaidelio galus prie elektrodų, Wango grupė pagamino įrenginius, panašius į elektroninių prietaisų tranzistorius. Elektroniniame tranzistoryje įtampa įjungus vartų elektrodą kontroliuoja srovės srautą tarp šaltinio ir nutekėjimo elektrodų. Naujajame slėgio jutimo tranzistoryje du elektrodai, prie kurių prijungtas nanolaidas, veikia kaip šaltinis ir nutekėjimas, tačiau nėra užtvarų. Užuot įjungus įtampą prie vartų, laidas tiesiog sulenkiamas.
Kai nanolaidelis pasilenkia, ištempta išorinė sulenktos vielos pusė įkraunama teigiamai, o suspaustas vidinis paviršius – neigiamai. Įkrovų skirtumas sukuria įtampą, kuri pakeičia vartų įtampą.
Cinko oksidas yra biologiškai suderinamas, todėl galima implantuoti nanolaidinį slėgio jutiklį į ranką, kad būtų galima nuolat stebėti kraujospūdį, sako Wang. Jutiklis gali perduoti slėgio rodmenis į laikrodyje esantį imtuvą, kuriame rodomi duomenys.
Kadangi prietaisas pagrįstas deformacija viename nanolaidelyje, galima manyti, kad jautrumas gali būti labai didelis, sako Yi Cui , Stenfordo universiteto medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius.
Slėgio jutiklio pranašumas yra tas, kad jį galima paversti visiškai savarankišku įrenginiu, sujungiant jį su nanogeneratoriumi, kurį Wang grupė anksčiau pademonstravo. (Žr. Nemokama elektra iš nanogeneratorių.) Nanogeneratorius panaudotų mechaninę energiją iš pulsuojančių kraujagyslių ir generuotų elektros energiją, kuri maitintų slėgio jutiklį.
Sąvoka taip pat galėtų būti taikoma kitoms jutimo rūšims. Cui sako, kad vienas prietaiso panaudojimas gali būti kaip biojutiklis. Principas yra tas, kad molekulės, atsitrenkusios į nanolaidelius arba prilipusios prie jų, deformuotų laidą ir pakeistų srovę per ją. Mokslininkai taip pat galėtų sukurti cheminį jutiklį, kuriame cheminė reakcija sutrikdo nanolaidą, sako RPI Lu.
Idėja šiuo metu yra laboratoriniame etape, o mokslininkai vis dar turi sugalvoti savarankiškai maitinamo slėgio jutiklio įrenginio dizainą. Šis inžinerinis iššūkis gali būti nelengvas, sako Lu. Pagrindinė idėja yra gana gera, sako jis. Kaip tiksliai tai darytumėte – įdėti į kūną ir sulaukti atsako, išsiaiškinti, koks yra signalas, koks triukšmas – tai visada yra sudėtinga.