ساخت حسگرهای فشار به کمک نانوسیم‌ها

نانوسیم‌ها خواص الکتریکی و مکانیکی بسیار خوبی دارند و به‌همین دلیل در حسگرهای فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

حسگرهای فشار به‌طور وسیعی در کاربردهای مکانیکی و زیست‌پزشکی از جمله
دراندازه‌گیری فشار سوخت در خودرو و یا فشار خون در بیماران به‌کار می‌روند.
گروهی از محققان موسسه میکروالکترونیک A*STAR نوعی حسگر مبتنی بر نانوسیم
ابداع کرده‌اند که بسیار حساس بوده و می‌تواند کوچکترین تغییرات در فشارهای
پایین را تشخیص دهد.
 
بیشتر حسگرهای فشار از خواص مواد مقاوم پیزو بهره می‌گیرند. تغییر ساختار در چنین
موادی که می‌تواند به کمک یک نیروی خارجی باشد، به تغییر در مقاومت الکتریکی آنها
منجر می‌شود. با این‌حال، مواد مقاوم پیزو دو محدودیت عمده دارند: اول اینکه این
مواد در عمل حساس نیستند به‌طوری‌که فشارهای پایین منجر به سیگنال‌های الکتریکی
ضعیفی می‌شوند و دوم اینکه، نویز الکتریکی زیادی ایجاد می‌کنند که بر اندازه‌گیری
صحیح تاثیر می‌گذارند. یک مبدل ایده‌آل باید نسبت سیگنال به نویز بالایی داشته
باشد. استفاده از نانوسیم‌ها برای ساخت حسگرهای فشار باعث افزایش این نسبت می‌شود.

مطالعات انجام شده نشان داده‌اند که نانوسیم‌ها به‌دلیل اندازه کوچک می‌توانند
اثرات مقاومت پیزوی بالایی داشته باشند. برای رسیدن به این مزیت، محققان به کمک
روش‌های فرآوری پیشرفته مواد دو نانوسیم سیلیکونی را بین دو الکترود روی یک بستر
عایق قرار دادند. سپس آنها را با سیلیکون آمورف پوشش داده و در نهایت به یک
دیافراگم مدور که یک غشای دولایه از نیترید سیلیکون و دی‌اکسید سیلیکون است متصل
کردند. هر تنش یا فشار به این دیافراگم به ساختار نانوسیمی انتقال می‌یابد.

این سیستم حسگر به‌وسیله عبور جریان کنترل شده‌ای از هوا از اطراف آن امتحان شد. یک
آمپرمتر جریان عبوری از سیستم را نسبت به پتانسیل الکتریکی اعمال شده به دو الکترود
اندازه‌گیری کرد. همچنین یک ولتاژ اضافی بین یکی از الکترودها و گیت اعمال شد. با
معکوس کردن این ولتاژ حساسیت فشار تا ۴ برابر افزایش می‌یابد. این امر می‌تواند
به‌واسطه محدودیت الکترونهای درون مجاری نانوسیمی باشد. این سیستم می‌تواند گام
امیدبخشی به‌سوی کاربردهایی که نیاز به حسگرهای فشار با ابعاد بسیار کوچک دارند،
باشد.