Figura 1. Imagen de una plantilla de elastómero poroso con tamaño y forma de poros uniformes (izquierda), Gráfico que muestra una alta uniformidad en el rendimiento de los sensores (derecha). Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Los investigadores han diseñado un sensor de presión flexible que se espera tenga una aplicabilidad mucho más amplia. Un equipo de investigación de KAIST fabricó un sensor de presión piezorresistivo de alta uniformidad con baja histéresis injertando químicamente un polímero conductor en una plantilla de elastómero poroso.
El equipo descubrió que la uniformidad del tamaño y la forma de los poros está directamente relacionada con la uniformidad del sensor. El equipo observó que al aumentar el tamaño de los poros y la variabilidad de la forma, la variabilidad de las características del sensor también aumenta.
Los investigadores dirigidos por el profesor Steve Park del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales confirmaron que, en comparación con otros sensores compuestos por poros de tamaño y forma aleatorios, que tenía un coeficiente de variación en el cambio de resistencia relativa de 69,65 por ciento, su sensor recientemente desarrollado exhibió una uniformidad mucho mayor con un coeficiente de variación del 2,43 por ciento. Este estudio se informó en Pequeña como el artículo de portada del 16 de agosto.
Los sensores de presión flexibles se han investigado activamente y se han aplicado ampliamente en equipos electrónicos como pantallas táctiles, robots, dispositivos sanitarios portátiles, piel electrónica, e interfaces hombre-máquina. En particular, Los sensores de presión piezorresistivos basados en compuestos de materiales elastómeros conductores tienen un potencial significativo debido a sus muchas ventajas, incluido un proceso de fabricación simple y de bajo costo.
Figura 2. Bucles de histéresis del sensor a diferentes niveles de presión (izquierda), y después de un número diferente de ciclos (derecha). Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Se han informado varios resultados de investigación sobre formas de mejorar el rendimiento de los sensores de presión piezorresistivos, la mayoría de los cuales se han centrado en aumentar la sensibilidad. A pesar de su importancia, Maximizar la sensibilidad de los sensores de presión piezorresistivos basados en compuestos no es necesario para muchas aplicaciones. Por otra parte, La uniformidad e histéresis de sensor a sensor son dos propiedades que son de importancia crítica para realizar cualquier aplicación.
La importancia de la uniformidad de sensor a sensor es obvia. Si los sensores fabricados en las mismas condiciones tienen propiedades diferentes, la fiabilidad de la medición se ve comprometida, y, por lo tanto, el sensor no se puede utilizar en un entorno práctico.
Además, La baja histéresis también es esencial para mejorar la confiabilidad de la medición. La histéresis es un fenómeno en el que las lecturas eléctricas difieren dependiendo de qué tan rápido o lento se presiona el sensor, si se está liberando o aplicando presión, y cuánto tiempo y en qué grado se ha presionado el sensor. Cuando un sensor tiene una histéresis alta, las lecturas eléctricas serán diferentes incluso bajo la misma presión, haciendo que las medidas no sean fiables.
Los investigadores dijeron que observaron un grado de histéresis insignificante que fue solo del 2 por ciento. Esto se atribuyó a la fuerte unión química entre el polímero conductor y la plantilla de elastómero, que evita su relativo deslizamiento y desplazamiento, y la porosidad del elastómero que mejora el comportamiento elástico.
"Esta tecnología brinda información sobre cómo abordar los dos problemas críticos en los sensores de presión:uniformidad e histéresis. Esperamos que nuestra tecnología desempeñe un papel importante en el aumento de las aplicaciones prácticas y la comercialización de sensores de presión en un futuro próximo". "dijo el profesor Park.
