Usando lápices de grafito para dibujar en papel normal, los investigadores pueden fabricar sensores piezorresistivos (PZR) muy económicos. Debido al efecto piezorresistivo, la resistencia de un sensor cambia bajo una tensión aplicada, lo que le permite detectar la tensión y la presión mecánicas. El primero de estos sensores PZR de lápiz sobre papel se fabricó hace unos años como alternativa a los sensores PZR de silicio. que son costosos y requieren procesos de fabricación sofisticados.

"Cualquiera puede dibujar los sensores PZR con papel y lápiz de grafito, "Ting-Kuo Kang, investigador de la Universidad Cheng Shiu en la ciudad de Kaohsiung, Taiwán dicho Phys.org .

Aunque los sensores PZR de grafito son mucho más fáciles de fabricar que los de silicio, generalmente no son tan sensibles porque las propiedades eléctricas del grafito no son tan buenas como las del silicio. En un nuevo estudio publicado en Letras de física aplicada , Kang ha investigado más a fondo los mecanismos subyacentes de las propiedades PZR del grafito y ha mejorado la sensibilidad de los sensores PZR basados ​​en grafito.

La sensibilidad de PZR se caracteriza por el factor de calibre (GF), que se define como la relación entre el cambio en la resistencia eléctrica y la tensión aplicada. Mientras que los sensores de silicio PZR tienen GF por encima de 100, los GF de los sensores PZR de grafito son de un solo dígito.

En experimentos, Kang usó 12 grados diferentes de lápices de grafito para dibujar sensores PZR en forma de U en papel. Los lápices se clasifican por su proporción de grafito a arcilla. Los grados variaron de 9B a 2H, donde H denota la dureza causada por el contenido de arcilla del lápiz, y B denota la negrura debida al contenido de grafito.

Los sensores se dibujaron en papel que se colocó en una báscula eléctrica para medir y mantener una fuerza de dibujo constante para cada sensor dibujado con lápiz. Luego, los dibujos se pegaron en tiras de placa de circuito impreso (PCB), y un medidor de tensión montado en cada tira de PCB. Luego, Kang aplicó ciclos de tensión al sensor usando una técnica de flexión de cuatro puntos, y midió el cambio de voltaje del sensor bajo la tensión aplicada a través de un circuito eléctrico.

Descubrió que diferentes grados de lápiz producen diferentes valores de FG, y por lo tanto diferentes sensibilidades PZR. Específicamente, cuanto mayor sea la proporción de arcilla a grafito, cuanto mayor sea el cambio en la resistencia bajo la tensión aplicada, y cuanto mayor sea el GF.

Kang explica que estas diferencias se pueden atribuir a variaciones en las distancias iniciales de túnel entre el grafito vecino, con un aumento en la distancia de túnel correspondiente a un aumento en GF.

"El efecto de túnel del grafito es de un grafito a través del aislante de arcilla a otro grafito, "Dijo Kang." La estructura del túnel parece un metal-aislante-metal. "

En la actualidad, Los sensores PZR hechos de silicio se utilizan como sensores de presión, acelerómetros, y sensores biológicos, entre otras aplicaciones. A medida que la sensibilidad de los sensores PZR de grafito dibujados a lápiz continúa mejorando, también pueden utilizarse para estas aplicaciones. Kang también planea desarrollar aplicaciones de sensores flexibles y desechables utilizando técnicas de lápiz sobre papel.

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