Сенсорные элементы (датчики, детекторы)

Другие типы актюаторов.

Актюаторы с использованием электро- и магнито-механических эффектов и соответствующих электро- и магнито-активных материалов широко используются в структурах, имеющих макро- или микроразмеры (масштаб, или шкалу), в том числе в электромеханических преобразователях для интеллектуальных конструкционных материалов или непосредственно в качестве их компонентов. В структурах с наномасштабом возможности и эффективность использования таких материалов исследована слабо. В случае пьезоэлектрических, электро- и магнитострикционных материалов и эффектов основные проблемы при переходе от макро- и микро- к нано-масштабу обусловлены тем, что размеры дипольных электрических и магнитных доменов лежат в микромасштабе, и соответствующие эффекты могут уменьшаться при размерах структурных элементов, меньших размера доменов. Различные проблемы возникают при переходе от макро- и микро- к нано-масштабу и в случае использования электро- и магнито-активных жидкостей, гелей и композитов, а также электро-активных жидкокристаллических систем.

Применительно к интеллектуальным конструкционным наноматериалам к с енсорным элементам, датчикам, или детекторам в широком смысле относятся любые источники данных, а в узком – материальные структуры, характеризующие внешние условия или внутренние параметры любых систем, и преобразующие их изменения в некоторый количественный электрический, реже тепловой или химический, сигнал, величина которого пропорциональна изменению измеряемого параметра. Преобразование механических смещений или колебаний компонента материала или упругого элемента МЭМП или НЭМП, задаваемых актюатором или непосредственно изменением или воздействием внешней среды, в выходной электрический сигнал, может осуществляться в сенсорных элементах с помощью тех же, но обратных эффектов, используемых в актюаторах.Однако, как и в случае актюаторов, при использовании пьезоэлектрических, электро- и магнитострикционных материалов сенсорные элементы (детекторы) в значительной степени теряют свою эффективность при переходе от макро- и микро- к наномасштабу, или их использование наносистемах встречает значительные технические и технологические трудности. Имеются сведения об эффективном использовании в наносистемах только емкостных и пьезорезистивных детекторов, а также более перспективных методов прямого преобразования смещения в электрический сигнал с помощью фотодетекторов, встроенных в интегрированные опто-электро-механические системы, и особенно детекторов, использующих эффект туннелирования электронов (туннельных сенсорных элементов). В данном разделе рассматриваются именно такие детекторы.