基于PZT纳米纤维的高分辨率柔性传感器阵列

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 17:25
文章英文标题
A high-resolution flexible sensor array based on PZT nanofibers.
正文
柔性触觉传感器阵列因其能够模拟人体皮肤感知微弱压力和识别压力分布而备受关注,但其灵敏度低、分辨率低、制作工艺复杂、成本高,严重制约了其发展。因此,探索一种具有高灵敏度、高分辨率的全柔性传感器阵列作为电子表格成为当务之急。采用简单的制备工艺(静电纺丝工艺和混合工艺),制备了PZT纳米线与聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合薄膜的柔性压电触觉传感器阵列。静电纺丝制备的PZT纳米纤维具有较高的长径比,能够增强压电电荷在复合膜两电极中的产生和积累。由于PZT材料固有的高压电系数和PZT纳米纤维的高长径比,复合薄膜( 75 wt % PZT纳米纤维)具有较高的力电转换能力和较高的灵敏度。由于底电极片由所有传感器单元共享,支撑层具有较高的弹性模量,因此传感器阵列具有较高的分辨率,能够实时定性地感知冲击的分布和大小。此外,传感器阵列还具有良好的耐久性、重复性和较大的工作范围。基于这些优良特性,传感器阵列在仿生学、机器人学和人机交互等领域具有广泛的应用前景。
文章内容(英文)
Flexible tactile sensor array has drawn great attention due to its ability to mimic human skin for sensing weak pressure and distinguishing pressure distribution, but the deficiency of sensitivity, the low resolution, and the complex and costly fabrication process seriously limit its development. Hence, it is urgent to explore a fully flexible sensor array with high sensitivity and high resolution as an electronic-skin. Here, the flexible piezoelectric tactile sensor array based on the composite film of PZT nanowires and polydimethylsiloxane (PDMS) was fabricated by the simple fabrication process (electrospinning process and mixture process). The electrospun PZT nanofibers have high aspect ratio and could enhance the generation and accumulation of the piezoelectric charges in the two electrodes of the composite film. By virtue of the inherently high piezoelectric coefficient of PZT material and high aspect ratio of PZT nanofibers, the composite film (75 wt% PZT nanofibers) presents high force-electric conversion capability and high sensitivity. Owing to the bottom electrode sheet shared by all sensor units and the supporting layer with relatively high elastic modulus, the sensor array shows high resolution to qualitatively sense the distribution and size of the impact in real time. Moreover, the sensor array also shows great durability, repeatability, and large working range. Based on these excellent characteristics, the sensor array has wide potential applications in the field of bionics science, robotics science and human-machine interaction.
来源出处
Journal|[J]NanotechnologyVolume 31, Issue 15. 2020. PP 155503
DOI
https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab667a

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