可控石墨烯皱纹用于高性能柔性压力传感器。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:15
文章英文标题
Controllable Graphene Wrinkle for a High-Performance Flexible Pressure Sensor.
正文
柔性压力传感器因其在医疗、机器人和假肢等领域的广泛应用而引起了极大的关注。迄今为止,开发低成本可控的柔性压力传感器微结构仍是一个关键挑战。将可控石墨烯-纳米壁( GNWs )褶皱与聚二甲基硅氧烷( PDMS )弹性体相结合,研制了一种高灵敏度、低成本的柔性压阻传感器。对于GNWs - PDMS双层膜,垂直生长的GNWs薄膜可以有效提高界面强度,形成无分层共形褶皱。更重要的是,通过热起皱方法可以很容易地调节可控的微结构。褶皱石墨烯纳米壁( WG )压阻传感器灵敏度高( 0 ~ 2 k Pa区域S = 59.0 k Pa-1,2 ~ 20 k Pa区域S = 4.8 k Pa-1 ),响应速度快( \u003c 6.9 ms ),检测下限( LOD )为2 mg ( 0.2 Pa )。采用有限元方法分析了传感器的工作机理,发现皱纹的周期对传感器的性能起主导作用。这些突出的优点使得褶皱石墨烯传感器能够成功地检测到从弱刺激到大压力的各种信号,例如微弱气体和足底压力的检测。此外,物体操作、触觉成像和盲文识别的应用已经被证明,显示了它们在假肢和智能机器人领域的巨大潜力。
文章内容(英文)
Flexible pressure sensors have aroused tremendous attention, owing to their broad applications in healthcare, robotics, and prosthetics. So far, it remains a critical challenge to develop low-cost and controllable microstructures for flexible pressure sensors. Herein, a high-sensitivity and low-cost flexible piezoresistive sensor was developed by combining a controllable graphene-nanowalls (GNWs) wrinkle and a polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer. For the GNWs-PDMS bilayer, the vertically grown GNWs film can effectively improve the interface strength and form delamination-free conformal wrinkles. More importantly, a controllable microstructure can be easily tuned through the thermal wrinkling method. The wrinkled graphene-nanowalls (WG) piezoresistive sensor has a high sensitivity (S = 59.0 kPa-1 for the 0-2 kPa region and S = 4.8 kPa-1 for the 2-20 kPa region), a fast response speed (\u003c6.9 ms), and a low limit of detection (LOD) of 2 mg (∼0.2 Pa). The finite element method was used to analyze the working mechanism of the sensor, which revealed that the periods of the wrinkles play a dominant role in the performances of the sensors. These prominent merits enable wrinkled graphene sensors to successfully detect various signals from a weak stimulus to large pressures, for example, the detection of weak gas and plantar pressure. Furthermore, object manipulation, tactile imaging, and braille recognition applications have been demonstrated, showing their great potential in prosthetics limbs and intelligent robotics.
来源出处
Journal|[J]ACS Applied Materials & InterfacesVolume 13, Issue 17. 2021.
DOI
https://doi.org/10.1021/ACSAMI.0C22784

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