L’incorporation de fissures régulières dans les électrodes pour les capteurs de contrainte sans fil apporte une meilleure sensibilité

Les capteurs de contrainte sans fil ont craqué pour être meilleurs

Les scientifiques de KAUST développent un capteur capable de surveiller la contrainte dans les matériaux et de communiquer sans fil le signal, ce qui est particulièrement utile pour mesurer la contrainte dans les endroits difficiles d’accès. Crédit : KAUST ; Véronique Moraru.

Le contrôle de la structure des électrodes fragmentées composées de nanotubes de carbone pourrait offrir une meilleure surveillance sans fil de la contrainte sur les matériaux dans un large éventail d’applications.

« Cela ouvre des possibilités infinies pour toutes les situations où une surveillance sans fil précise des structures est importante », déclare Gilles Lubineau, professeur de génie mécanique à la KAUST.

Lubineau a développé la technologie avec le postdoctorant Hussein Nesser. Nesser déclare : « Notre capteur peut être utilisé directement pour évaluer, in situ et avec une grande précision, la contrainte exercée sur les matériaux. »

La surveillance des contraintes imposées aux matériaux est cruciale pour vérifier la sécurité de tout, des bâtiments et des ponts aux navires et aux avions. Les capteurs de contrainte sont également des sous-dispositifs importants pour surveiller les aspects de la santé, des performances sportives et de la robotique. Les structures naturelles, fabriquées et vivantes sont toutes exposées à des contraintes et des contraintes qui peuvent compromettre leur intégrité.

La plupart des capteurs de contrainte sont composés d’un matériau qui peut convertir la déformation physique en changements de résistance électrique ou de capacité. Les signaux électriques résultants étaient traditionnellement acheminés vers les dispositifs de détection le long de fils, mais plus récemment, la technologie sans fil apporte les avantages évidents de la télédétection. Ceci est particulièrement utile pour détecter les contraintes sur les matériaux dans des endroits difficiles d’accès, tels que les structures intégrées, les véhicules ou à l’intérieur du corps.

Cependant, les systèmes sans fil existants sont confrontés à des problèmes de faible sensibilité. Les chercheurs de KAUST ont résolu ces problèmes en introduisant un motif spécial de fissures dans des électrodes fragmentées d’une manière qui augmente considérablement la sensibilité des réponses électriques. Alors que l’équipe travaillait sur un tel concept dans le passé pour les capteurs résistifs, c’est la première fois qu’il est appliqué à des capteurs capacitifs qui sont plus adaptés aux applications sans fil passives.

Leur capteur est essentiellement un condensateur électrique avec des électrodes soigneusement fragmentées en papier contenant des nanotubes de carbone. Les changements électriques causés par différents niveaux de contrainte génèrent des signaux qui peuvent être capturés sans fil par couplage électromagnétique.

« Notre innovation apporte un facteur de jauge élevé au monde de la détection de contrainte sans fil », déclare Lubineau. Le facteur de jauge décrit le rapport entre le signal électrique généré et le niveau de contrainte.

Après avoir démontré leur concept en principe, les chercheurs prévoient maintenant de l’intégrer dans des systèmes facilement déployables et adaptés à la commercialisation. Ils étudieront également son utilisation pour détecter d’autres propriétés physiques des matériaux en plus de la contrainte.

« Notre objectif ultime est de créer une nouvelle génération de capteurs sans fil, sans batterie et à très faible coût », explique Nesser.


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Plus d’information:
Hussein Nesser et al, Atteindre une super sensibilité dans la détection de contrainte capacitive par fragmentation d’électrode, Matériaux et interfaces appliqués ACS (2021). DOI : 10.1021/acsami.1c07704

Fourni par l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah

Citation: L’incorporation de fissures régulières dans les électrodes pour les capteurs de contrainte sans fil apporte une meilleure sensibilité (2021, 28 septembre) récupéré le 28 septembre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-09-incorporating-regular-electrodes-wireless-strain.html

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