En utilisant des crayons graphite pour dessiner sur du papier ordinaire, les chercheurs peuvent fabriquer des capteurs piézorésistifs (PZR) très bon marché. En raison de l'effet piézorésistif, la résistance d'un capteur change sous une contrainte appliquée, lui permettant de détecter les contraintes mécaniques et la pression. Le premier de ces capteurs PZR crayon sur papier a été fabriqué il y a quelques années comme alternative aux capteurs PZR silicium, qui sont coûteux et nécessitent des procédés de fabrication sophistiqués.

"Les capteurs PZR peuvent être dessinés par n'importe qui avec un crayon graphite et du papier, " Ting-Kuo Kang, chercheur à l'Université Cheng Shiu de la ville de Kaohsiung, Taïwan, Raconté Phys.org .

Bien que les capteurs PZR en graphite soient beaucoup plus faciles à fabriquer que ceux en silicium, ils ne sont généralement pas aussi sensibles car les propriétés électriques du graphite ne sont pas aussi bonnes que celles du silicium. Dans une nouvelle étude publiée dans Lettres de physique appliquée , Kang a étudié plus avant les mécanismes sous-jacents des propriétés PZR du graphite et amélioré la sensibilité des capteurs PZR à base de graphite.

La sensibilité PZR est caractérisée par le facteur de jauge (GF), qui est défini comme le rapport de la variation de la résistance électrique à la contrainte appliquée. Alors que les capteurs PZR au silicium ont des GF supérieurs à 100, les GF des capteurs PZR en graphite sont à un chiffre.

Dans les expériences, Kang a utilisé 12 qualités différentes de crayons graphite pour dessiner des capteurs PZR en forme de U sur du papier. Les crayons sont classés selon leur rapport graphite/argile. Les notes allaient de 9B à 2H, où H désigne la dureté due à la teneur en argile du crayon, et B désigne la noirceur due à la teneur en graphite.

Les capteurs ont été dessinés sur du papier placé sur une balance électrique afin de mesurer et de maintenir une force de dessin constante pour chaque capteur dessiné au crayon. Les dessins ont ensuite été collés sur des bandes de circuits imprimés (PCB), et une jauge de contrainte montée sur chaque bande PCB. Ensuite, Kang a appliqué des cycles de contrainte au capteur en utilisant une technique de flexion en quatre points, et mesuré le changement de tension du capteur sous la contrainte appliquée à travers un circuit électrique.

Il a découvert que différentes qualités de crayon produisent différentes valeurs de GF, et donc des sensibilités PZR différentes. Spécifiquement, plus le rapport argile/graphite est élevé, plus le changement de résistance sous la contrainte appliquée est important, et plus le GF est grand.

Kang explique que ces différences peuvent être attribuées aux variations des distances de tunnel initiales entre le graphite voisin, avec une augmentation de la distance d'effet tunnel correspondant à une augmentation de GF.

"L'effet tunnel du graphite est d'un graphite à travers l'isolant d'argile à un autre graphite, " a déclaré Kang. "La structure du tunnel ressemble à un métal-isolant-métal."

Actuellement, Les capteurs PZR en silicium sont utilisés comme capteurs de pression, accéléromètres, et capteurs biologiques, entre autres applications. Alors que la sensibilité des capteurs PZR en graphite dessinés au crayon continue de s'améliorer, ils peuvent également être utilisés pour ces applications. Kang prévoit également de développer des applications de capteurs flexibles et jetables en utilisant des techniques de crayon sur papier.

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