Figura 1. Immagine di un modello in elastomero poroso con dimensione e forma dei pori uniformi (a sinistra), Grafico che mostra un'elevata uniformità nelle prestazioni dei sensori (a destra). Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
I ricercatori hanno progettato un sensore di pressione flessibile che dovrebbe avere un'applicabilità molto più ampia. Un team di ricerca KAIST ha fabbricato un sensore di pressione piezoresistivo di elevata uniformità con bassa isteresi innestando chimicamente un polimero conduttivo su un modello di elastomero poroso.
Il team ha scoperto che l'uniformità della dimensione e della forma dei pori è direttamente correlata all'uniformità del sensore. Il team ha notato che aumentando la dimensione dei pori e la variabilità della forma, aumenta anche la variabilità delle caratteristiche del sensore.
I ricercatori guidati dal professor Steve Park del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali hanno confermato che, rispetto ad altri sensori composti da pori di dimensioni e forma casuali, che aveva un coefficiente di variazione nella variazione di resistenza relativa del 69,65 percento, il loro sensore di nuova concezione ha mostrato un'uniformità molto più elevata con un coefficiente di variazione del 2,43 percento. Questo studio è stato riportato in Piccolo come l'articolo di copertina del 16 agosto.
I sensori di pressione flessibili sono stati attivamente ricercati e ampiamente applicati in apparecchiature elettroniche come touch screen, robot, dispositivi sanitari indossabili, pelle elettronica, e interfacce uomo-macchina. In particolare, I sensori di pressione piezoresistivi basati su compositi di materiale elastomero-conduttivo hanno un potenziale significativo grazie ai loro numerosi vantaggi, incluso un processo di fabbricazione semplice ed economico.
Figura 2. Circuiti di isteresi del sensore a diversi livelli di pressione (sinistra), e dopo un diverso numero di cicli (a destra). Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Sono stati riportati vari risultati di ricerca sui modi per migliorare le prestazioni dei sensori di pressione piezoresistivi, la maggior parte dei quali si è concentrata sull'aumento della sensibilità. Nonostante il suo significato, per molte applicazioni non è necessario massimizzare la sensibilità dei sensori di pressione piezoresistivi basati su compositi. D'altra parte, l'uniformità da sensore a sensore e l'isteresi sono due proprietà di fondamentale importanza per realizzare qualsiasi applicazione.
L'importanza dell'uniformità da sensore a sensore è ovvia. Se i sensori fabbricati nelle stesse condizioni hanno proprietà diverse, l'affidabilità della misurazione è compromessa, e quindi il sensore non può essere utilizzato in un ambiente pratico.
Inoltre, una bassa isteresi è essenziale anche per una migliore affidabilità di misura. L'isteresi è un fenomeno in cui le letture elettriche differiscono a seconda di quanto velocemente o lentamente viene premuto il sensore, se la pressione viene rilasciata o applicata, e per quanto tempo e in che misura è stato premuto il sensore. Quando un sensore ha un'isteresi elevata, le letture elettriche differiranno anche sotto la stessa pressione, rendendo le misurazioni inaffidabili.
I ricercatori hanno affermato di aver osservato un grado di isteresi trascurabile che era solo del 2%. Ciò è stato attribuito al forte legame chimico tra il polimero conduttivo e lo stampo in elastomero, che impedisce il loro relativo scorrimento e spostamento, e la porosità dell'elastomero che migliora il comportamento elastico.
"Questa tecnologia fornisce informazioni su come affrontare le due questioni critiche nei sensori di pressione:uniformità e isteresi. Ci aspettiamo che la nostra tecnologia svolga un ruolo importante nell'aumento delle applicazioni pratiche e nella commercializzazione dei sensori di pressione nel prossimo futuro, " disse il professor Park.
