一種利用石墨烯氣凝膠作為電極的新型高靈敏度壓力傳感器

石墨烯氣凝膠是現(xiàn)存最輕的材料，它還是一種高強(qiáng)度、高孔隙率的材料。由于石墨烯氣凝膠是一種具有很高內(nèi)表面積的碳材料，因此近年來(lái)被用作超級(jí)電容器的電極材料。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，西佛羅里達(dá)大學(xué)（University of West Florida）的研究人員在IEEE Open Journal of Instrumentation and Measurement期刊上發(fā)表了題為“Ultrahigh-Sensitivity Pressure Sensor with Graphene Aerogel Electrodes”的文章，提出了一種利用石墨烯氣凝膠作為電極的新型高靈敏度壓力傳感器。其基本思想是在對(duì)電極施加壓力時(shí)構(gòu)建一個(gè)可變超級(jí)電容器。

基于石墨烯氣凝膠電極的壓力傳感器組件，兩個(gè)黑色圓柱體是石墨烯氣凝膠電極。

本項(xiàng)研究工作所提出的壓力傳感器主要由液體電解質(zhì)和兩個(gè)石墨烯氣凝膠電極組成。在當(dāng)前應(yīng)用中，電解質(zhì)是碳酸丙烯酯，其中溶解有四氟硼酸四乙基銨（TEA/BF4）離子鹽。當(dāng)對(duì)石墨烯氣凝膠電極施加壓力時(shí)，液體電解質(zhì)會(huì)滲透到電極的孔隙中，從而獲得可變超級(jí)電容器。該傳感器對(duì)小于0.1 Pa的壓力敏感。研究人員對(duì)傳感器的精度、非線性和響應(yīng)時(shí)間等特性進(jìn)行了全面分析。這種新型傳感器的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)極低壓力（0.1 Pa至10 Pa）具有優(yōu)異的靈敏度。

基于石墨烯氣凝膠電極的壓力傳感器的基本原理

該壓力傳感器可以很容易地與Arduino電路板集成，形成一個(gè)完整的（獨(dú)立的）壓力測(cè)量系統(tǒng)。傳感器連接在Arduino板的接地端和模擬輸入端之間。該傳感器本質(zhì)上是一個(gè)可變電容，通過(guò)進(jìn)一步將傳感器連接到一個(gè)已知阻值的電阻上，就可以測(cè)量出電容。

集成傳感器-Arduino壓力測(cè)量系統(tǒng)

新型壓力傳感器的實(shí)際應(yīng)用：改進(jìn)的數(shù)字壓力計(jì)

總而言之，研究人員開發(fā)了一種超高靈敏度的壓力傳感器。這種新型傳感器由液體電解質(zhì)和兩個(gè)石墨烯氣凝膠電極組成。當(dāng)對(duì)電極施加壓力時(shí)，這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生可變的超級(jí)電容器。該傳感器可以輕松測(cè)量極低的壓力（小于0.1 Pa）。在壓力為0.1 Pa時(shí)，測(cè)量誤差約為0.5%，在最大讀數(shù)10 Pa時(shí)，測(cè)量誤差約為1.2%。在-10°C溫度下，非線性誤差約為FSO（滿量程輸出值）的1.3%，在+80°C溫度下，非線性誤差約為FSO的4.0%。除了廣泛的研究和開發(fā)應(yīng)用之外，該壓力傳感器還將在醫(yī)療儀器、制造、潔凈室等應(yīng)用中發(fā)揮作用。

審核編輯：劉清