高度敏感的传感器可测量心脏和大脑的活动

电信号测量(例如ECG(心电图))可以显示人脑或心脏的工作方式。除了电信号，磁信号还揭示了有关这些器官活动的信息。可以毫不费力地进行测量，并且无需皮肤接触。但是，特别弱的信号需要高度灵敏的传感器。来自基尔大学协作研究中心1261“磁电传感器”的科学家现在已经开发出一种悬臂传感器的新概念，其未来目标是测量心脏和大脑活动的低频频率。极小，节能的传感器特别适合医疗应用或移动微电子产品。这通过使用驻极体来实现。这种材料是永久带电的 并且还用于助听器或移动电话的麦克风。研究团队在著名期刊《纳米能源》的特别版中介绍了其传感器概念。

由“功能纳米材料”工作组Rainer Adelung教授和多组分材料工作组Franz Faupel教授领导的研究团队致力于悬臂传感器。它们由一条薄的硅带组成，在最简单的情况下，需要施加两层：第一层响应磁场(磁致伸缩材料)，第二层可以发出电压(压电材料)。CRC成员Faupel解释说：“如果发生磁场，第一层会变形，从而弯曲整个条带，并像游泳池的跳水板一样振动。” 由于变形，第二层发出可测量的电压信号。

博士后研究员Marleen Schweichel解释说：“借助我们的新传感器概念，我们正在寻找一种方法，通过赋予弯曲束更多的动力来使机械能转换为电能更加有效。” 弯曲梁振动越多，发出的电信号越强。

振动的硬质材料

通常，诸如塑料之类的所谓软材料以低频振动。因此，振动被显着衰减，并且发射的信号非常微弱。使用硬质材料，可以避免明显的阻尼。然而，为此目的需要较大数量的材料，这几乎不能适合传感器技术的小尺寸。“通过我们的方法，我们能够使由硬质材料制成的小型弯曲梁表现得像软质材料，并在低频下振动，而且振幅更大，而且还具有更大的振动性，” Adelung总结说，他们的发现如此特别。

驻极体材料：永久带电

决定性因素是所谓的驻极体。研究团队将这种永久带电的材料施加在弯曲梁的下方。通常，振动弯曲梁会推回其原始位置。但是，由于其自​​身的平衡应力，驻极体沿相反的方向拉动弯曲的光束，从而放大了光束的振动，从而放大了传感器的电信号。

为了能够尽可能准确地读取此信号，研究团队还将一种新的降噪方法集成到了其替代传感器概念中。根据“功能纳米材料”工作组的第一作者蒙娜·明特肯(Mona Mintken)的说法，通过极其快速的测量，可以在噪声之间“拾取”各个信号。

带有集成电源的传感器

得益于传感器中使用的驻极体，不仅低频可以更好地进行测量。类似于永久磁铁，无需电源即可产生自己的永久磁场，驻极体也会产生自己的永久电场。博士研究员史蒂芬·施罗德(StefanSchröder)解释说：“因此，驻极体为传感器提供了内置的电势。传感器本身就不需要外部电源，并且可以用于移动应用。” 通过一项合作协议，他花了三个月的时间在美国麻省理工学院(MIT)进行研究，以进一步改善所需的特殊驻极体层。为此，他使用了所谓的iCVD(引发剂化学气相沉积)工艺，该工艺可使各个材料层以高精度进行沉积。

材料科学家Faupel说：“驻极体就像一种纳米发电机一样工作，它可以产生电能。从理论上讲，可以做到二十多年。” Adelung补充说：“具有如此小尺寸的集成电源的传感器，对于连接分散的自主电子系统的物联网领域的应用也很令人兴奋。”