WikiDer > Квантовый туннельный композит

Quantum tunnelling composite

Квантовые туннельные композиты (или же QTCs) являются композитные материалы из металлы и непроведение эластомерный связующее, используемое как датчики давления. Они используют квантовое туннелирование: без давление, проводящие элементы слишком далеко друг от друга, чтобы проводить электричество; при приложении давления они приближаются и электроны может туннель через изолятор. Эффект намного более выражен, чем можно было бы ожидать от классический (неквант) только эффекты, как классические электрическое сопротивление является линейный (пропорционально расстоянию), а квантовое туннелирование равно экспоненциальный с уменьшением расстояния, позволяя изменять сопротивление до 10 раз12 между состоянием под давлением и без давления.[1]

Композиты с квантовым туннелированием имеют множество обозначений в специальной литературе, например: проводящий / полупроводящий полимерный композит,[2] пьезорезистивный датчик[3] и Силовой резистор (FSR).[4] Однако в некоторых случаях чувствительные к силе резисторы могут работать преимущественно под просачивание режим; это означает, что сопротивление композита растет при увеличении приложенного стресс или сила.

Вступление

QTC были обнаружены в 1996 году техническим специалистом Дэвидом Ласси, когда он искал способ разработать электропроводящий клей.[5] Люсси основал Peratech Ltd, компанию, занимающуюся исследованиями и использованием QTC. Peratech Ltd. и другие компании работают над развитием квантовое туннелирование композит для улучшения сенсорных технологий. В настоящее время использование QTC ограничено из-за его высокой стоимости, но со временем ожидается, что эта технология станет доступной для обычного пользователя. Композиты с квантовым туннелированием представляют собой комбинации полимерных композитов с эластичными, подобными резине свойствами. эластомер, и металлические частицы (никель). Из-за отсутствия воздушного зазора в датчике загрязнение или столкновение между точками контакта невозможно. Также почти нет шансов дуга, электрические искры между точками контакта. В неактивном состоянии QTC проводящий элементы расположены слишком далеко друг от друга, чтобы передавать заряды электронов. Таким образом, ток не течет, когда на квантово-туннельный композит отсутствует давление. Отличительной чертой QTC является его остроконечная поверхность, покрытая кремнием. Шипы на самом деле не соприкасаются, но когда к QTC прикладывается сила, шипы перемещаются ближе друг к другу, и возникает [квантовый] эффект как высокий концентрация электронов перетекают от одного острия иглы к другому. Электрический ток прекращается при снятии силы.[6]

Типы

QTC бывают разных форм, и каждая форма используется по-разному, но при деформации сопротивление изменяется одинаково. Таблетки QTC - наиболее часто используемый тип QTC. Таблетки - это чувствительные к давлению переменные резисторы. Количество пропущенного электрического тока экспоненциально пропорционально величине приложенного давления. Таблетки QTC могут использоваться в качестве входных датчиков, которые реагируют на приложенную силу. Эти таблетки также могут использоваться в устройствах для управления более высокими токами, чем листы QTC. Листы QTC состоят из трех слоев: тонкого слоя материала QTC, проводящего материала и пластикового изолятора. Листы QTC позволяют быстро переключаться с высокого сопротивления на низкое и наоборот.[7]

Приложения

В феврале 2008 года недавно созданная компания QIO Systems Inc в результате сделки с Peratech получила всемирную эксклюзивную лицензию на интеллектуальную собственность и права на дизайн для электроники и текстильных сенсорных панелей на основе технологии QTC.[8] и для производства и продажи текстильных сенсорных панелей ElekTex (на основе QTC) для использования как в потребительских, так и в коммерческих целях.[9]

QTC использовались для обеспечения чувствительности кончика пальца в НАСАс Робонавт в 2012 году. Робонавт смог выжить и прислать подробные отзывы из космоса. Датчики робота, похожего на человека, могли определить, насколько сильно и где он что-то сжимал.[10]

Композиты с квантовым туннелированием относительно новы и все еще находятся в стадии исследования и разработки. QTC был реализован в одежде для создания «умных» сенсорных мембранных панелей управления для управления электронными устройствами в одежде, например mp3-плееры или мобильные телефоны. Это позволяет использовать оборудование, не снимая слоев одежды и не открывая застежки, и делает стандартное оборудование пригодным для использования в экстремальных погодных условиях или условиях окружающей среды, таких как исследования Арктики / Антарктики или скафандры.

Ниже приведены возможные варианты использования QTC:

  • Спортивные материалы, такие как тренировочные манекены или фехтовальные куртки, могут быть покрыты материалом QTC. Датчики на материале могут передавать информацию о силе удара.
  • В автомобильных приложениях можно использовать зеркальные и оконные операции, такие как жесты, движения или прокрутки. В зависимости от силы давления, оказываемого жестом, детали автомобиля будут настраиваться на желаемое значение либо на высокой, либо на низкой скорости. Чем сильнее будет давление, тем быстрее будет операция.[11]
  • Манжеты для измерения артериального давления: QTC в манжетах для измерения артериального давления сокращают неточные показания из-за неправильного прикрепления манжеты. Датчики показывают, какое напряжение необходимо для измерения артериального давления человека.

Рекомендации

  1. ^ Д. Блур; А. Грэм; Э. Дж. Уильямс; П. Дж. Лафлин и Д. Ласси (2006). «Металлополимерный композит с наноструктурированными частицами наполнителя и усиленными физическими свойствами» (PDF). Письма по прикладной физике. 88 (10): 102103. Bibcode:2006ApPhL..88j2103B. Дои:10.1063/1.2183359.
  2. ^ Дуань, Линъянь; Фу, Сируи; Дэн, Хуа; Чжан, Цинь; Ван, Кэ; Чен, Фэн; Фу Цян (15 августа 2014 г.). «Удельное сопротивление – деформационное поведение проводящих полимерных композитов: стабильность и чувствительность». J. Mater. Chem. А. 2 (40): 17085–17098. Дои:10.1039 / C4TA03645J. ISSN 2050-7488.
  3. ^ Ван, Лухэн (20 марта 2015 г.). «Пьезорезистивный датчик на основе проводящего полимерного композита с поперечными электродами». Транзакции IEEE на электронных устройствах. 62 (4): 1299–1305. Bibcode:2015ITED ... 62,1299 Вт. Дои:10.1109 / TED.2015.2403474. ISSN 0018-9383.
  4. ^ Паредес-Мадрид, L; Паласио, С; Matute, A; Парра, К. (14 сентября 2017 г.). «Основы физики проводящих полимерных композитов и силовых резисторов (FSR) в условиях статической нагрузки». Датчики. 17 (9): 2108. Дои:10,3390 / с17092108. ЧВК 5621037. PMID 28906467.
  5. ^ Peratech (11 февраля 2016 г.). "Что такое QTC?". www.peratech.com. Получено 4 апреля, 2019.
  6. ^ Люсси, Дэвид (январь 2012 г.). «Технология композитного сенсорного экрана с квантовым туннелированием». Получено 30 октября, 2014.
  7. ^ Рамеш, К. Сатья. «Квантовый туннельный композит». Какинада, инженерно-технологический институт.
  8. ^ «Платформа для рабочих с подключением в реальном времени для повышения промышленной безопасности». www.eleksen.com. Получено 4 апреля, 2019.
  9. ^ «Компания QIO Systems переехала в новый дом Eleksen - Джон Коллинз, Василис Сеферидис, Systems, Eleksen, Eleksen's, eSystem, ElekTex, Collins, Vassilis, Interactive - talk2myShirt». Архивировано из оригинал 2 июля 2010 г.. Получено 27 мая, 2009.
  10. ^ «Компания Peratech получила награду от НАСА за сенсорную технологию QTC». 15 октября 2012 г. Архивировано с оригинал 29 ноября 2014 г.. Получено 10 ноября, 2014.
  11. ^ Харбанда, Раджат (1 декабря 2012 г.). «Композиты для квантового туннелирования (QTC): сенсорный материал нового поколения». CMR. Получено 5 ноября, 2014.