一种通过在微柱阵列上悬挂蛛网状结构实现的高性能柔性压力传感器。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:46
文章英文标题
A High-Performance Flexible Pressure Sensor Realized by Overhanging Cobweb-like Structure on a Micropost Array.
正文
近年来,可穿戴设备、自主机器人和人机交互的电子皮肤迅速发展。因此,作为电子皮肤中关键传感元件的柔性压力传感器的需求也越来越大。这些传感器需要具有灵敏度高、响应时间短、检出限低等特点。本文受自然界蛛网的启发,通过在聚二甲基硅氧烷( PDMS )微柱阵列上形成由八乙基卟啉锌( ZnOEP ) /碳纳米管( CNT )杂化而成的蛛网状网络,提出了一种压阻式压力传感器。该杂化材料表现出优异的PDMS附着力,得益于ZnOEP较低的杨氏模量以及ZnOEP与PDMS之间的非极性键合,使得在经过数千次的弯曲和扭转循环后,没有发现分层和电阻变化。利用ZnOEP / CNT网络在微柱阵列上的悬垂形貌,实现了超高灵敏度39.4 kPa-1、超快响应时间3 ms、低检出限10 Pa、5000次压力加载/卸载循环后响应重复性好、无退化的压力传感器。该传感器可用于多种应用场合,包括手腕脉搏测量、声级检测、机械振动监测等,证明了其在电子皮肤系统中的巨大应用潜力。
文章内容(英文)
Recent years have seen a rapid development of electronic skin for wearable devices, autonomous robotics, and human-machine interaction. As a result, the demand for flexible pressure sensors as the critical sensing element in electronic skin is also increasing. These sensors need to feature high sensitivity, short response time, low detection limit, and so on. In this paper, inspired from the cobweb in nature, we propose a piezoresistive pressure sensor by forming a cobweb-like network made of a zinc octaethylphorphyrin (ZnOEP)/carbon nanotube (CNT) hybrid on an array of polydimethylsiloxane (PDMS) microposts. The hybrid material exhibits excellent adhesion to PDMS, benefitting from ZnOEP's low Young's modulus and the nonpolar bonding between ZnOEP and PDMS such that no delamination and resistance variation are found after thousands of cycles of bending and twisting. With the overhanging morphology of the ZnOEP/CNT network on the micropost array, we realized a pressure sensor with an ultrahigh sensitivity of 39.4 kPa\u003csup\u003e-1\u003c/sup\u003e, a super-fast response time of 3 ms, a low detection limit of 10 Pa, and a reproducible response without degradation after 5000 cycles of pressure loading/unloading. The sensor can be employed for a variety of applications, including wrist pulse measurement, sound level detection, mechanical vibration monitoring, etc., proving its great potential for use in electronic skin systems.
来源出处
Journal|[J]ACS Applied Materials & Interfaces2020.
DOI
https://doi.org/10.1021/acsami.0c12369

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