基于锥形微结构PDMS -双层石墨烯的柔性压力传感器设计

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:10
文章英文标题
Design of Flexible Pressure Sensor Based on Conical Microstructure PDMS-Bilayer Graphene
正文
石墨烯作为一种新型材料,在力学、电学、光学等方面表现出优异的性能,使其受到人们的广泛关注。目前,石墨烯压力传感器很难同时满足高灵敏度和大压力检测范围的要求。因此,在较宽的工作范围内生产灵敏度足够、工艺简单的柔性压力传感器是非常可取的。本文将锥形微结构聚二甲基硅氧烷( PDMS )与双层石墨烯结合在一起,提出了一种基于压阻的相对高柔性压力传感器。附着在柔性衬底上的压阻材料(双层石墨烯)可以将垂直力引起的局部变形转化为电阻的变化。结果表明,基于锥形微结构PDMS -双层石墨烯的压力传感器可在20 kPa的压力范围内工作,灵敏度分别为0.122 ± 0.002 kPa-1 ( 0 ~ 5 kPa )和0.077 ± 0.002 kPa-1 ( 5 ~ 20 kPa )。传感器的响应时间约为70 ms。除了压力传感器的高灵敏度外,在不同的压力和温度下也具有极好的重现性。基于锥形微结构PDMS-双层石墨烯的压力传感器在食指弯曲时能很好地感知关节的运动,使其有可能应用于电子皮肤、柔性电子器件等领域。
文章内容(英文)
As a new material, graphene shows excellent properties in mechanics, electricity, optics, and so on, which makes it widely concerned by people. At present, it is difficult for graphene pressure sensor to meet both high sensitivity and large pressure detection range at the same time. Therefore, it is highly desirable to produce flexible pressure sensors with sufficient sensitivity in a wide working range and with simple process. Herein, a relatively high flexible pressure sensor based on piezoresistivity is presented by combining the conical microstructure polydimethylsiloxane (PDMS) with bilayer graphene together. The piezoresistive material (bilayer graphene) attached to the flexible substrate can convert the local deformation caused by the vertical force into the change of resistance. Results show that the pressure sensor based on conical microstructure PDMS-bilayer graphene can operate at a pressure range of 20 kPa while maintaining a sensitivity of 0.122 ± 0.002 kPa−1 (0–5 kPa) and 0.077 ± 0.002 kPa−1 (5–20 kPa), respectively. The response time of the sensor is about 70 ms. In addition to the high sensitivity of the pressure sensor, it also has excellent reproducibility at different pressure and temperature. The pressure sensor based on conical microstructure PDMS-bilayer graphene can sense the motion of joint well when the index finger is bent, which makes it possible to be applied in electronic skin, flexible electronic devices, and other fields.
来源出处
Journal|[J]SensorsVolume 21, Issue 1. 2021. PP 289-289
DOI
https://doi.org/10.3390/S21010289

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