新型纸质压力传感器：响应时间为1毫秒，环保且成本又低

一些工业、汽车和医疗保健应用依赖于准确并精确的压力测量。柔性和可穿戴的压力传感器通常使用石油基聚合物制造。使用这种不可生物降解的塑料产生的固体废物对环境有害。为了解决这个问题，印度科技学院 (IISc) 的研究人员制造了使用纸张作为介质的压力传感器。

压力传感器检测物理压力并将其转换为电信号，该电信号以表示其大小的数字形式显示。如今，纸基电子设备因其天然可生物降解性、优异的柔韧性、多孔纤维结构、重量轻、成本低等优点而受到越来越多的关注。然而，迄今为止开发的基于纸的传感器具有某些缺点。
“在任何传感器中，总是需要在灵敏度和动态范围之间进行权衡。我们希望具有高灵敏度。灵敏度本质上是我们可以检测到的最小实体（压力量）的量度。”纳米科学与工程中心 (CeNSE) 教授、ACS 可持续化学与工程论文的通讯作者 Navakanta Bhat 说。
他的团队提出了一种纸质传感器的设计方案，凭借其结构和多层结构，实现了高灵敏度，并且可以检测广泛的压力（0-120 kPa），响应时间为 1 毫秒。

可穿戴纸压传感器。

该传感器由涂有单硫化锡 (SnS) 的普通和波纹纤维素纸制成，交替堆叠形成多层结构。SnS 是一种在特定条件下导电的半导体。
“纸本身就是一种绝缘体。主要挑战是选择合适的 3D 器件结构和材料来赋予纸导电性能，”前博士 Neha Sakhuja 说。CeNSE的学生和该论文的第一作者。
当在传感器表面施加压力时，纸层之间的气隙会减小，从而增加这些层之间的接触面积。更高的接触面积导致更好的导电性。在释放压力时，气隙再次增加，从而降低导电性。电导率的这种调制驱动纸张传感器的传感机制。
“我们的主要贡献是设备的简单性。这就像制作纸折纸，”Bhat 解释道。

该传感器有望发展成为一种灵活的可穿戴电子设备，尤其是在医疗保健领域。例如，研究小组将其安装在人脸颊上以研究咀嚼时的运动，将其绑在手臂上以监测肌肉收缩，并围绕手指跟踪他们的敲击。该团队甚至设计了一个使用内部纸质压力传感器构建的数字可折叠键盘，以展示该设备的可用性。

“这种设备的未来应用仅限于我们的想象力，”Bhat 说：“我们也希望致力于提高这些传感器的稳定性和耐用性，并可能与行业合作大量生产它们。”