单壁碳管薄膜应力传感器研究取得新进展

单壁碳纳米管兼具极优异的导电性、稳定性、柔韧性以及拉伸强度，因此在应力传感器方面有着巨大的应用潜力。传统的碳纳米管应力传感器基于碳纳米管的电阻值变化，来监测外部应力的大小。但是，由于生长条件以及后处理方法的不同，导致碳纳米管应力传感器的性能存在明显差异。此外，单根碳纳米管或者碳纳米管微束表现出较高的灵敏系数(Gauge factor， ~ 1000)，但是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(2~30 )显著降低。

    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，基于单壁碳纳米管薄膜两端的开路电压，可以构建成功高性能的应力传感器。他们利用极性液滴在悬空碳纳米管薄膜和液滴之间产生毛细管桥，对碳纳米管薄膜施加一定应力。随着液滴的挥发和毛细管桥的收缩，施加在碳纳米管薄膜上的应力逐渐增加并于液滴即将蒸发完毕时到最大值。与此同时，碳纳米管薄膜两端会产生开路电压。与美国Rice大学的P. M. Ajayan和Lou Jun教授合作，他们建立了模型并进行相关计算，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关系密切。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要高１到２个数量级。

    该项工作对碳纳米管薄膜高性能应力传感的研究开辟了一条新的道 路，具有重要意义。结果发表于《纳米快报》（Nano Lett.14,5117(2011)）,上述工作得到了国家自然科学基金委项目的支持。