压力测量

量子隧道复合材料如何运作?

介绍

量子隧道复合材料(QTC)于1996年首次生产,是一种由微米大小的导电填料颗粒与非导电弹性粘合剂(通常是硅橡胶)结合而成的复合材料。将这些原材料结合在一起的独特方法导致了一种复合材料,与任何其他导电材料相比,这种复合材料具有显著不同的电气性能。因此,如图所示,它是一种具有非凡电性能的柔性聚合物。QTC通常以药片或片剂的形式出现。QTC药丸只是物质的小块。这些薄片由一层QTC、一层导电材料和第三层塑料绝缘体组成。而QTC片之间快速切换高电阻和低电阻,QTC丸是压力敏感可变电阻。

采用QTC作为压力传感器;在正常状态下,它是一个完美的绝缘体,但在压缩时,它或多或少变成了一个完美的导体,能够通过非常大的电流。它利用了量子隧道效应:在没有压力的情况下,导电元件之间的距离太远而无法导电;当施加压力时,它们移动得更近,电子就能通过绝缘体。这种效应远比单纯从经典(非量子)效应中预期的要显著得多,因为经典电阻是线性的(与距离成正比),而量子隧穿是随着距离的减小而呈指数增长的,如图所示,允许电阻在有压力和无压力状态之间变化高达1012倍。

应用程序

QTC在放置时具有从电绝缘体平稳地改变到金属状导体的独特能力
在压力之下。虽然处于无顽固状态,QTC材料是近乎完美的绝缘体;对于任何形式的变形,材料开始进行并且可以实现足够的压力金属导电水平。该特性可用于将压力转换为电信号,如图所示。


QTC可以定制以适应不同的力,压力或触摸感测应用 - 从传感羽毛或手指操作到重压应用。上图显示了QTC材料的传感能力的各种应用示例。

QTC已在服装中实施,以制造“智能”,可触摸膜控制面板,以控制服装内的电子设备,例如,MP3播放器或手机。这允许在不拆下衣服层或打开紧固件的情况下操作设备,并在极端天气或环境条件下进行标准设备,例如北极/南极勘探或Spacesuit。然而,最终,由于QTC的成本低,这项技术将可供大用户使用

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