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新型电子传感器 灵敏度似人体皮肤

编辑:无锡军友恒通科技有限公司  时间:2018/05/17

韩国首尔大学的研究人员从甲虫的翅膀获得灵感,研发出一种柔韧的电子传感器,其能捕捉到一只瓢虫行走时的轻柔脚步声,也可以区分剪力和扭力,就像人体皮肤一样。它还可以绑在手腕上,作为心率监测器使用。近日出版的《自然·材料》杂志对传感器的设计进行了描述。

研究人员解释说,当甲虫休息时,其翅膀上和身体上的两排毛发会通过一种名为范德华力的静电吸引力相互锁定,他们借鉴了甲虫鞘翅间的这种锁合结构,利用交织在一起的“毛发”制成了该电子传感器。

“毛发”实际上是直径100纳米、长1微米、外覆导电金属涂层的聚合物纤维。将聚合物纤维层像三明治一样夹在一起,这些纳米“毛发”就会互相吸引并彼此锁定。用聚合物制作的柔软防护层将其“包裹”住,并用电线连接起来,便可作为传感器使用。当按压、揉搓或刷拭传感器时,“毛发”的位置发生改变,传感器的电阻也随之变化。小至5帕斯卡的压力都可被其探测到,这是比最轻的触摸还要柔和的力度。

通过分析电阻如何响应机械应力而发生变化,以及力移除时电阻又是如何恢复的,研究人员可以区分三种不同类型的机械应力:来自上方的压力、沿表面摩擦滑动的剪力和扭转产生的扭力。人体皮肤能够区分这些力,但大多数人造传感器做不到。

    新模型可将原子核两种特征统一。在费米子系统下,原子核既有液体特征,又有类似于分子的特征。最近法国一个研究小组通过模拟中子星提出了一种新模型,将这两方面统一起来,并首次证明了核子聚集成簇的一个必要条件。核子的类分子性质有助于人们理解元素是怎样合成的,而这是生命出现的关键。相关论文发表在最新一期《自然》杂志上。

在描述原子核的时候,科学家通常把它当作是一滴直径约为千万亿分之一米的量子液。一方面,在研究包含大量质子和中子的重核裂变时,这种类似液体的性质能提供合理的解释;另一方面,轻原子核却像是由中子和质子构成的微小的“分子”或“原子簇”。

最近,来自巴黎第十一大学核物理研究所、法国原子能委员会(CEA)的一个研究小组和克罗地亚萨格勒布大学合作,提出把这两方面统一起来的新模型。研究人员找到了一种原子核从液态转化到晶体状态的机制,并以氖-20为例,用能量密度函数的理论框架,涵盖了原子核的簇状态和量子液两个方面特征。通过方程显示,聚簇条件与界定原子势深度有关,势的深度决定了单个核子轨道的能量间隔,也就是相应波函数的区域,由此决定了原子核聚集的密度,这是核子聚集成簇的一个必要条件。

研究人员解释说,轻原子核更多表现出类分子的行为(倾向于变成结晶状态),重原子核则表现出更多类似液体的行为。当中子和质子之间的相互作用不够强,不足以将它们固定在原子核内时,它们就会处于一种量子液的状态,质子和中子离开原位。

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