一种隧穿纤维的制作方法
【专利摘要】一种隧穿纤维，该绝缘材料的纤维内部含孔，孔中布置两个电极，其中一个电极做成针尖形状，靠近另一个电极，两个电极之间的距离从0.001nm到100nm不等，两个电极除靠近部分外，其余部分及引线被纤维紧密包裹，孔中充满真空、气体或液体或固体，该纤维粘贴在物体表面，或埋设于物体内部，或纤维两端固定在一个或两个物体上，或纤维一端固定另一端自由。本发明的一种隧穿纤维，在两个电极上外加电压后，由于量子隧穿效应，两个电极之间将产生隧穿电流，隧穿电流的大小和两个电极之间的距离成一定的关系，从而可以通过测量隧穿电流的大小，计算出两个电极之间的距离变化和纤维两端的距离变化和应变大小。
【专利说明】
一种隧穿纤维
技术领域
[0001]本发明涉及一种可以测量位移或应变的纤维，尤其涉及一种隧穿(隧道效应)纤维。
【背景技术】
[0002]自1982年国际商业机器公司苏黎世实验室Gerd Binnig博士和Heinricn Rohrer博士利用量子力学中的隧道效应研制出世界上首台扫描隧道显微镜(STM)，使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质，不仅为纳米技术的发展提供了强有力地观察和实验工具，而且直接促进了纳米科技的快速发展，作为纳米技术纳米技术发展历史上里程碑式的发明，扫描隧道显微镜被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就之一，其
【发明人】在1986年被授予诺贝尔物理学奖。
[0003]STM基本的工作原理是量子理论中的隧道效应，通过探针针尖和样品表面间的隧穿电流来探测探针和样品之间的距离，分辨率达到0.0lnm,即可分辨出单个原子。
[0004]虽然用隧穿电流来检测距离或位移的方法分辨率很高，但是，目前采用这种方法的仪器设备(包括扫描隧道显微镜在内)结构复杂，要有专人操作，使用时要多次校准，价格昂贵，使用场合或应用领域受到很大限制。
[0005]有鉴于此，需要提供一种新型的用于高精度测量位移或应变的量子隧穿器件，把这种器件做成纤维形状，就是“一种隧穿纤维”。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种隧穿(隧道效应)纤维，以克服现有技术的上述缺陷，该隧穿纤维能够把两个电极之间的距离变化用隧穿电流的数值变化来表示，高精度地测量位移或应变。
[0007]上述目的通过如下技术方案实现:一种隧穿(隧道效应)纤维，该纤维为绝缘材料制成，纤维中含有沿长度方向延伸的孔，孔内布置有一对或多对电极，相邻的电极之间留有
0.001纳米到100纳米不等的距离，相邻的电极中有一个电极做成针尖形状。当在两个电极上外加电压后，由于量子隧道效应，两个电极之间将产生隧穿电流，电流的大小和电极之间的距离有关。这样，通过测量隧穿电流的数值，就可以计算两个电极之间的距离了。把这种隧穿纤维两端固定，就可以测量纤维的长度变化。把这种纤维粘贴在物体表面，或埋设在物体内部，就可以测量物体相应部位的应变了。
[0008]选择地，该纤维的内部含有孔，孔沿纤维的长度方向延伸，孔位于纤维的中心位置，或偏离纤维的中心位置，孔可以完全位于纤维内部，也可以在纤维两端或表面于外面相通。
[0009]选择地，所述电极之间可以是真空、气体，也可以是液体或固体。
[0010]选择地，所述电极在纤维孔中沿纤维长度方向串联布置，电极的形状可以是棒状、带状，或薄膜形状。
[0011]选择地，所述纤维中电极除相邻电极靠近部分外，其余部分被纤维紧密包裹，这样，当纤维被拉长或压缩时，内部的金属电极也会产生相应的位置改变。
[0012]选择地，所述具有针尖形状的电极材料为金、铜、银、钼金、钨、铱、钴、镍、铝、镁、碳中的一种，或其中两种或多种材料的混合物，其余电极为导电材料。
[0013]选择地，所述绝缘材料为高分子材料，或复合材料。
[0014]选择地，所述纤维外形或所含孔横截面分别为圆形或椭圆形或长圆形或卵形或多边形。
[0015]选择地，所述纤维的形状为直线形、曲线形、波浪线形，或螺旋线形。
[0016]通过上述技术方案，本发明的一种隧穿纤维可以实现纳米级位移传感功能，可以用作位移传感器、应变传感器，并可以通过其高灵敏的位移、应变传感功能，用作高精度或高灵敏度的振动传感器、加速度传感器、波动传感器等。
【附图说明】
[0017]图1是本发明一种隧穿纤维的第一种实施方式的结构。
[0018]图中:1电极，2纤维，3距离，4另一个电极。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图描述本发明一种隧穿纤维的【具体实施方式】。
[0020]图1描述了本发明一种隧穿纤维的结构。
[0021]实施例1
[0022]如图1所示，一个绝缘材料制成的纤维2中间有孔，孔中布置有电极I和电极4，绝缘纤维I包裹着电极I和电极4，电极I和电极4之间留有距离2，电极I靠近电极4部分为针尖形状。
[0023]由上述描述可见，本发明提供了一种利用量子隧穿效应来测量距离或应变的纤维，当电极I和电极4之间的距离只有纳米级时，外加电压后，电极I和电极4之间将产生隧穿电流，电流的大小和距离有关，通过测量隧穿电流的大小，可以计算出电极I和电极4之间的距离，通过测量隧穿电流的变化，可以计算出电极I和电极4之间的距离变化，即纤维2两端的距离变化或纤维2的应变。
【主权项】
1.一种隧穿纤维，其特征是，该纤维为绝缘材料，内部沿长度方向含有孔，孔内布置一对或多对电极，相邻的电极之间留有0.0Ol纳米到100纳米不等的距离，相邻的电极中有一个电极为针尖形状，该纤维粘贴在物体表面，或埋设于物体内部，或纤维两端固定在一个或两个物体上，或纤维一端固定另一端自由，或纤维两端自由。2.根据权利要求1所述的一种隧穿纤维，其特征是:所述孔沿纤维的长度方向延伸，孔位于纤维的中心位置或偏离纤维的中心位置，孔完全位于纤维内部或与外部相通。3.根据权利要求1所述的一种隧穿纤维，其特征是:所述相邻电极之间填充有真空，或气体，或液体，或固体。4.根据权利要求1所述的一种隧穿纤维，其特征是:所述电极沿纤维长度方向串联布置，形状为棒状或带状或薄膜。5.根据权利要求1所述的一种隧穿纤维，其特征是:所述电极除相互靠近部分外，其余部分被纤维紧密包裹。6.根据权利要求1所述的一种隧穿纤维，其特征是:所述具有针尖形状的电极材料为金、铜、银、钼金、钨、铱、钴、镍、铝、镁、碳，或其混合物，其余电极为导电材料。7.根据权利要求1所述的一种隧穿纤维，其特征是:所述绝缘材料为高分子材料，或复合材料。8.根据权利要求1所述的一种隧穿纤维，其特征是:所述隧穿纤维外形或所含孔横截面分别为圆形或椭圆形或长圆形或卵形或多边形。9.根据权利要求1所述的一种隧穿纤维，其特征是:所述隧穿纤维的形状为直线形、曲线形、波浪线形，或螺旋线形。
【文档编号】G01Q60/10GK105891547SQ201410475757
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年9月18日
【发明人】边义祥, 靳宏, 沈辉, 杜建周, 刘建, 陈远晟, 戴隆超, 王昌龙, 黄晓梅
【申请人】扬州思必得仪器设备有限公司