彈簧秤是一種宏觀尺度的測力計，人們經(jīng)常用它來稱量各種果蔬、商品等。如果將尺寸縮小至微納尺度，是否有可能像彈簧秤那樣有標(biāo)定地對微小力進行“稱量"呢？

這需要大幅度降低傳感器的探測極限，對器件的精密性提出了的要求。在以往研究中，科學(xué)家們往往通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)本身的機械性能來解決該問題。

近期，西湖大學(xué)與國科大杭州高等研究院團隊合作，另辟蹊徑地從優(yōu)化加工工藝的角度出發(fā)，制備出一種新型光纖彈簧傳感器。

該研究中所能加工出彈簧的彈性系數(shù) k 降至 44.5pN/nm，靈敏度相較已報道文獻的結(jié)果高出 4 個數(shù)量級，探測極限達 40 皮牛（pN，10-12N），可與大多數(shù)微機電系統(tǒng)器件相媲美。

皮牛級光纖傳感器有望對提升傳感器精度開拓新的思路，并在應(yīng)用層面對很多學(xué)科具有參考意義。例如，掃描式彈簧光纖傳感器有望被應(yīng)用在薄膜楊氏模量測量及生物力學(xué)傳感等領(lǐng)域，“非接觸"探測模式在湍流探測、光力測量等領(lǐng)域具有應(yīng)用價值。

該研究中關(guān)于制備方面的分析和探索，可被應(yīng)用于其他復(fù)雜 3D 結(jié)構(gòu)的加工，提高 3D 結(jié)構(gòu)在其他應(yīng)用場景下的性能。

此外，在解釋微納尺度物理現(xiàn)象時，微小力的精密測量是重要的參考之一。在該研究中，光纖傳感器還被應(yīng)用于微觀氣流力測量領(lǐng)域。

得益于該傳感器的高精度，研究人員在實驗中捕獲到出氣口附近氣流力隨氣壓的非線性變化過程，體現(xiàn)了高精度力學(xué)傳感器在感知微觀物理現(xiàn)象的潛力。

西湖大學(xué)國強講席教授仇旻指出，“我們期待皮牛級光纖傳感器被應(yīng)用于多學(xué)科的基礎(chǔ)研究探索，通過力學(xué)傳感的方式可能會發(fā)現(xiàn)越來越多的物理現(xiàn)象，未來通過精密力學(xué)測量有望對基礎(chǔ)科學(xué)的探索做出貢獻。"

審稿人對該研究評價道：“仇旻等人提出了一項有趣的研究，將納米力學(xué)、增材制造和光子學(xué)相結(jié)合，實現(xiàn)了皮牛級光纖端面力學(xué)傳感器。該研究是納米機械工程領(lǐng)域很好的范例，具有重要的基礎(chǔ)研究相關(guān)性和應(yīng)用潛力。"

來源：傳感器專家網(wǎng)