新加坡研究人员利用MXenes材料开发出无线、无电池的应变传感器

新加坡国立大学(NUS)的一个研究小组在助理教授Chen Po-Yen的带领下，开发出一系列新型纳米材料应变传感器，与现有技术相比，测量微小运动时的灵敏度提高了10倍，为提高工业机器人手臂的安全性和精确度迈出了重要一步。这些新型应变传感器采用名为MXenes的柔性、可拉伸和导电的纳米材料制造，具有超薄、无电池和无线传输数据的特点。

Chen教授解释说："传统应变传感器的性能一直受限于所使用的传感材料的性质，用户为特定应用定制传感器的选择有限。在这项工作中，我们开发了一种控制MXenes表面纹理的简便策略，这使我们能够控制各种应变传感器的传感性能。这项工作中开发的传感器设计原理将显著提升电子皮肤和软体机器人的性能。"

这些新型应变传感器可以像电子皮肤一样涂抹在机械臂上，以测量它们被拉伸时的细微运动。当沿着机械臂的关节放置时，这些应变传感器可以让系统精确地了解机械臂的移动程度以及它们当前相对于静止状态的位置。目前现成的应变传感器不具备执行这一功能所需的精度和灵敏度。

该技术的突破在于开发了一种生产工艺，使研究人员能够在一个较宽的工作窗口上制造出高度可定制的超敏感传感器，具有高信噪比。传感器的工作窗口决定了它在保持传感质量的同时可以拉伸多少，而拥有高信噪比意味着更高的精度，因为传感器可以区分机械臂的细微振动和微小运动。

这种生产工艺使得团队可以在保持高灵敏度和信噪比的前提下，将传感器定制到0-900%之间的任何工作窗口。标准传感器通常可以实现100%的范围。通过将多个具有不同工作窗口的传感器结合起来，新加坡国立大学的研究人员可以创建一个单一的超敏感传感器，否则就不可能实现。

论文标题为《Wireless Ti3C2Tx MXene Strain Sensor with Ultrahigh Sensitivity and Designated Working Windows for Soft Exoskeletons》，发表在《ACS Nano》上。