基于石墨烯气凝胶电极的超高灵敏度压力传感器
2023-11-19 15:48:41 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
西佛罗里达大学提出了一种利用石墨烯气凝胶作为电极的新型高灵敏度压力传感器。其基本思想是在对电极施加压力时构建一个可变超级电容器。
石墨烯气凝胶是现存最轻的材料，它还是一种高强度、高孔隙率的材料。由于石墨烯气凝胶是一种具有很高内表面积的碳材料，因此近年来被用作超级电容器的电极材料。
据麦姆斯咨询报道，近日，西佛罗里达大学（University of West Florida）的研究人员在IEEE Open Journal of Instrumentation and Measurement期刊上发表了题为“Ultrahigh-Sensitivity Pressure Sensor with Graphene Aerogel Electrodes”的文章，提出了一种利用石墨烯气凝胶作为电极的新型高灵敏度压力传感器。其基本思想是在对电极施加压力时构建一个可变超级电容器。
基于石墨烯气凝胶电极的压力传感器组件，两个黑色圆柱体是石墨烯气凝胶电极。
本项研究工作所提出的压力传感器主要由液体电解质和两个石墨烯气凝胶电极组成。在当前应用中，电解质是碳酸丙烯酯，其中溶解有四氟硼酸四乙基铵（TEA/BF4）离子盐。当对石墨烯气凝胶电极施加压力时，液体电解质会渗透到电极的孔隙中，从而获得可变超级电容器。该传感器对小于0.1 Pa的压力敏感。研究人员对传感器的精度、非线性和响应时间等特性进行了全面分析。这种新型传感器的优点是对极低压力（0.1 Pa至10 Pa）具有优异的灵敏度。
基于石墨烯气凝胶电极的压力传感器的基本原理
该压力传感器可以很容易地与Arduino电路板集成，形成一个完整的（独立的）压力测量系统。传感器连接在Arduino板的接地端和模拟输入端之间。该传感器本质上是一个可变电容，通过进一步将传感器连接到一个已知阻值的电阻上，就可以测量出电容。
集成传感器-Arduino压力测量系统
新型压力传感器的实际应用：改进的数字压力计
总而言之，研究人员开发了一种超高灵敏度的压力传感器。这种新型传感器由液体电解质和两个石墨烯气凝胶电极组成。当对电极施加压力时，这种结构产生可变的超级电容器。该传感器可以轻松测量极低的压力（小于0.1 Pa）。在压力为0.1 Pa时，测量误差约为0.5%，在最大读数10 Pa时，测量误差约为1.2%。在-10°C温度下，非线性误差约为FSO（满量程输出值）的1.3%，在+80°C温度下，非线性误差约为FSO的4.0%。除了广泛的研究和开发应用之外，该压力传感器还将在医疗仪器、制造、洁净室等应用中发挥作用。
论文信息：https://ieeexplore.ieee.org/document/10317894
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