用于机器人和医疗应用的高度灵敏的压力传感器

能够检测压力微小变化的微型传感器有许多有用的应用，特别是在机器人和健康监测可穿戴设备的开发方面。然而，目前大多数基于电容和晶体管的压力传感器都有一些局限性，包括灵敏度低、响应速度慢、功耗高和稳定性差等。

加利福尼亚大学和湖南大学的研究人员最近提出了一种开发高灵敏度压力传感器的新策略，这种传感器可以克服现有压力传感器的一些限制。他们的方法，发表在《自然电子》杂志上的一篇论文中，需要将导电微结构气隙门(CMAG)与二维半导体晶体管集成。

“我一直对实际应用比对理论研究更感兴趣，”开展这项研究的研究人员之一黄云超(音)告诉TechXplore。在加州大学洛杉矶分校的第一年，段教授鼓励我探索不同的领域，找到我最感兴趣的话题。在阅读了许多论文之后，我对压力传感应用产生了兴趣，并开始进行实验。”

Huang和她的同事们将CMAGs与二维半导体晶体管集成，制作了他们的压力传感器，因为他们发现这种设计提高了传感器的传感性能。这个想法是在一次小组会议上产生的，当时黄正在展示她的一些研究成果。

黄说:“我们认为，如果我们能够制造出‘真正的’微结构空气隙，克服传统微结构器件中弹性体的粘弹性行为，并将其与二维晶体管集成，我们的传感器将表现出更强的压力敏感性和更快的响应速度。”“这将有利于广泛的实际应用，如声波探测、压力测绘、健康监测等。”

在研究人员开发的传感器中，CMAGs在不产生粘弹性行为的情况下制造出微结构的空气间隙，而粘弹性行为在传统设备的弹性体中可以观察到。这最终会导致更高的灵敏度、更快的响应时间、更低的功耗和显著的稳定性。

黄说:“透过将二维半导体电晶体与独特的CMAGs集成，我们的CMAG电晶体感应器可进一步提升效能，使应用范围更广。”

在最初的实验中，研究人员制造的传感器显示出可调灵敏度和压力感应范围，在0-5千帕范围内平均灵敏度为44kpa，最高灵敏度为770 kPa。此外，当使用气隙门作为2-D半导体晶体管的压敏门时，Huang和她的同事能够进一步将他们的器件的灵敏度提高到大约103-107 kPa−1，优化的压力范围约为1.5 kPa。

Huang和她的同事提出的基于cmagi的设计策略非常容易实现。此外，它还可以应用于电容式和晶体管式传感器的开发。

研究人员展示了他们的压力传感器在许多应用方面的潜力，包括静压绘图的实现、人体脉搏波的测量和声波的探测。在未来，他们的高灵敏度传感器可以用于开发具有更先进的传感能力的机器人、监测病人长期健康状况的可穿戴设备，以及其他一些技术工具。

黄说:“希望CMAGs的概念能为新型压力传感器铺平道路。”“我们现在正致力于基于CMAGs概念的保形/柔性压力传感器阵列，这将使人机界面和相关应用成为可能。”我们期待在未来展示更多我们的作品。”