西湖大學：制備新型光纖彈簧傳感器，或可用于發現微觀物理現象

彈簧秤是一種宏觀尺度的測力計，人們經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，科學家們往往通過優化結構本身的機械性能來解決該問題。

近期，西湖大學與國科大杭州高等研究院團隊合作，另辟蹊徑地從優化加工工藝的角度出發，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 k 降至 44.5pN/nm，靈敏度相較已報道文獻的結果高出 4 個數量級，探測極限達 40 皮牛（pN，10-12N），可與大多數微機電系統器件相媲美。

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

該研究中關于制備方面的分析和探索，可被應用于其他復雜 3D 結構的加工，提高 3D 結構在其他應用場景下的性能。

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

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，體現了高精度力學傳感器在感知微觀物理現象的潛力。

西湖大學國強講席教授仇旻指出，“我們期待皮牛級光纖傳感器被應用于多學科的基礎研究探索，通過力學傳感的方式可能會發現越來越多的物理現象，未來通過精密力學測量有望對基礎科學的探索做出貢獻。"

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、增材制造和光子學相結合，實現了皮牛級光纖端面力學傳感器。該研究是納米機械工程領域很好的范例，具有重要的基礎研究相關性和應用潛力。"

來源：傳感器專家網