Bionic Spider Web Multi-Resolution-Graphen-Tastsensor und Ultraschallsensor

- Jun 11, 2019-



In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach flexibler Elektronik wie integrierten Schaltkreisen, tragbaren Geräten und implantierter Elektronik zugenommen, wodurch die Entwicklung flexibler Elektronik stark vorangetrieben wurde. Die multianalytische Erkennung in komplexen Umgebungen erfordert ein mehrdimensionales Präzisionsverhalten und eine reibungslose Signalübertragung, um eine Erkennungsauflösung und Erkennungsempfindlichkeit sicherzustellen. Die Lösung des Problems der Grenzflächenfusion der Integration mehrerer Materialien und der Einzelfunktion eines einzelnen Materials ist jedoch im Bereich der Sensoren mit mehreren Auflösungen nach wie vor ein herausforderndes Thema. Kürzlich entwickelten Forscher des Instituts für Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Professor Yan Yanlin, Associate Researcher Li Fengqi und Associate Professor Ma Ying von der Shenyang Jianzhu-Universität, inspiriert von den Spiral- und Strahlungsmikrostrukturen und einzigartigen Montagemethoden in Spinnennetzen, eine neue Art der Forschung. Mehrfach auflösender Graphen-Berührungssensor.


In der Natur wandeln Spinnen Spinnenseidenproteine durch Drüsen in Spinnenseide mit unterschiedlichen Eigenschaften um. Spinnennetze bestehen hauptsächlich aus Strahlung und Spiralen. Die Strahlung ist eine geordnete Schichtstruktur, die sich radial nach außen erstreckt, um strukturelle Unterstützung zu bieten und Schwingungssignale zu übertragen. Die Spirale ist eine flauschige Struktur, die sich von der Mitte aus erstreckt, um die Beute einzufangen. Die enge Verbindung zwischen den beiden überträgt die Beuteinformationen schnell an die Spinne, um die Informationsübertragung zu maximieren. Inspiriert von der einzigartigen Montagemethode von Spinnennetzen schlagen die Autoren vor, elektronische Geräte aus verschiedenen Strukturen desselben Materials zu konstruieren. Graphen hat aufgrund seiner hohen Elektronenbeweglichkeit, hohen Wärmeleitfähigkeit und ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften Aufmerksamkeit erregt. Darüber hinaus weist Graphen mehrdimensionale Zusammenbauformen auf, wie Graphenfasern, Graphenbänder, Graphenfilme, Graphenpapiere und Graphenaerogele, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Daher sind die verschiedenen Strukturen von Graphen die beste Wahl für den Aufbau von "Drähten" mit unterschiedlicher Mikrostruktur.


Bionic spider web multi-resolution graphene tactile sensor

Abbildung 1. Mehrfach auflösender Graphen-Tastsensor für das bionische Spinnennetz.


Das Song Yanlin-Team verwendete hochempfindliches Graphen-Aerogel als Induktionsmaterial und das hochleitfähige und hochstabile Graphenband als Transmissionsmaterial. Ausgewählt wurden die statistische Hauptkomponentenanalyse (PCA) und die hierarchische Clusteranalyse (HCA). Und lineare Diskriminanzanalyse (LDA) zur Bewertung der räumlichen Auflösung von Graphen-Mehrstruktursensoren. Die Ergebnisse zeigen, dass der Entwurf der Integration verschiedener Strukturen die Identifizierung von Richtung, Abstand und Position ermöglichen kann. Um das Anwendungspotential von Multistruktur-Graphen in flexiblen Elektronen weiter zu belegen, entwickelten sie eine elektronische Haut mit einer dicht gepackten Struktur aus Graphen und porösem Struktur-Graphen. Der mechanische Finger kann individuell durch das entsprechende Graphen-Aerogel gesteuert werden, und das Biegen und Strecken des mechanischen Fingers kann durch vorsichtiges Streichen des Fingers auf dem Graphen-Aerogel manipuliert werden, und die gemessene Mindestkraft kann 3,83 × 10 –3 Pa erreichen.


Site recognition analysis of multiresolution graphene tactile sensor

Abbildung 2. (a) Standorterkennungsanalyse von taktilen Graphensensoren mit Mehrfachauflösung; (b) Integrierter Graphen-Manipulator für die elektronische Hautmanipulation mit mehreren Strukturen.


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