单壁碳纳米管应力传感器研究取得新进展

由于单壁碳纳米管具有很好的导电性、稳定性、柔韧性和拉伸强度，所以它在应力传感器应用研究方面有着很大的推动作用。传统的碳纳米管应力传感器原理是根据碳纳米管的电阻值变化，来判断所受外界应力的大小。但是，由于碳纳米管的生长条件以及后处理方法的不同，由其研制出的应力传感器性能之间有着很大差异。除此之外，由于碳纳米管之间的相互作用，碳纳米管宏观体（碳纳米管绳，碳纳米管薄膜）的灵敏系数比单根碳纳米管或者碳纳米管微束要小很多，所以在这基础上开展研究要用创新的方法。

据了解，国家纳米科学中心孙连峰研究员小组的刘政在攻读博士期间发现，利用单壁碳纳米管薄膜两端的开路电压，可以构建成高性能的应力传感器。他们把极性液滴在悬空碳纳米管薄膜和液滴之间产生毛细管桥，然后对碳纳米管薄膜施加一定作用的应力。当液滴挥发和毛细管桥收缩的过程中，他们发现施加在碳纳米管薄膜上的应力慢慢增加，当液滴即将蒸发完毕，应力达到峰值。与此同时，碳纳米管薄膜两端会产生开路电压。他们与美国Rice大学的P. M. Ajayan和Lou Jun教授合作，建立了相关模型，并进行计算，发现开路电压的大小与薄膜应力，以及毛线管桥中心的移动速度和方向有很大的关系。这种基于电压的碳纳米管应力传感器的灵敏系数高达~ 200，比基于电阻的应力传感器性能要高１-２个数量级。

该项工作为高性能应力传感器的研制工作开辟了一种新的方法，具有很大的现实指导意义。单壁碳纳米管应力传感器是传感器技术与纳米技术很好结合的体现，相关发明工作得到国家自然科学基金委项目的支持。