日本研發(fā)單層CNT應(yīng)變傳感器有望用于體征監(jiān)測

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(產(chǎn)綜研)納米管應(yīng)用研究中心Super Growth CNT研究小組主任研究員山田健郎，開發(fā)出了利用單層碳納米管(CNT)的柔性應(yīng)變傳感器。粘貼在衣服和身體上，可檢測膝蓋屈伸、手指活動及呼吸發(fā)聲等人 體動作。有望用于醫(yī)療及保健領(lǐng)域，諸如在康復(fù)治療時(shí)在不妨礙患者活動的情況下監(jiān)控動作等。

該應(yīng)變傳感器將配過向的單層CNT薄膜粘貼在具有伸縮性的高分子基板上，利用CNT膜的電阻變化檢測應(yīng)變?？蓹z測大至280%的應(yīng)變。產(chǎn)綜研表示， 該檢測能力相當(dāng)于“原金屬制應(yīng)變傳感器的約50倍”。對于150%以下的應(yīng)變，該傳感器具有可反復(fù)使用1萬次以上的耐久性。另外，該傳感器對于應(yīng)變的響應(yīng) 性為14ms，“在可測量以上大型應(yīng)變的傳感器中，該產(chǎn)品的速度快”(產(chǎn)綜研)。

原來的金屬制應(yīng)變傳感器柔軟性較差，在測量人體動作時(shí)，存在動作受限的課題(可檢測的應(yīng)變?yōu)?%左右)。另外，雖然市面上還有采用導(dǎo)電性材料及高分 子復(fù)合材料的應(yīng)變傳感器，但發(fā)生劇烈應(yīng)變時(shí)，就會出現(xiàn)蠕變變形，“變形穩(wěn)定至可測量應(yīng)變的狀態(tài)需要100s以上的時(shí)間”(產(chǎn)綜研)。此次的傳感器除了前面 提到的柔軟性較高之外，與采用導(dǎo)電性材料及高分子復(fù)合材料的傳感器相比，蠕變恢復(fù)的速度也提高了20倍以上。

產(chǎn)綜研的納米管應(yīng)用研究中心開發(fā)出了碳純度較高的單層CNT合成法——“Super Growth法”，使單層CNT的用途開發(fā)取得了進(jìn)展。將垂直配向的長尺寸單層CNT薄膜進(jìn)行高密度處理，使其倒伏在Si晶圓上，成功制作出了高密度配向 CNT晶圓。此次，通過將這種高密度配向CNT晶圓以任意配向方向粘貼在柔性基板的任意位置，可制作出CNT與具有伸縮性的高分子基板相結(jié)合的柔性元件。

該研究是作為日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)戰(zhàn)略創(chuàng)造研究推進(jìn)業(yè)務(wù)的小組型研究(CREST)“創(chuàng)制以工藝整合發(fā)現(xiàn)功能的納米系統(tǒng)”研究領(lǐng)域的研究課題——“采用基于自組織工藝創(chuàng)制的功能性復(fù)合CNT元件的柔性納米MEMS元件”的一個項(xiàng)目而實(shí)施的。

另外，據(jù)產(chǎn)綜研介紹，今后還將與企業(yè)等開展合作，推進(jìn)元件的實(shí)用化研究。