由工程微观结构衍生的柔性压力传感器分层变形,在宽压力范围内产生超灵敏的压阻特性。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 17:00
文章英文标题
Engineered Microstructure Derived Hierarchical Deformation of Flexible Pressure Sensor Induces a Supersensitive Piezoresistive Property in Broad Pressure Range.
正文
在宽压力范围内制造高灵敏度的柔性压力传感器仍然是一个挑战。本文设计了一种基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )薄膜的具有工程微结构的柔性压力传感器。传感器的高性能来源于其独特的金字塔-壁栅微结构( PWGM )。圆顶金字塔的方形阵列和十字形强化墙在薄膜上形成了高度分层的微结构。两片PWGM柔性PDMS薄膜,面对面堆叠,形成一个跨越非常宽压力范围赋予超高灵敏度的压阻式传感器。该装置在0 ~ 1.6和1.6 ~ 6  kPa压力范围内的灵敏度分别高达383  665.9和269  662.9 kPa-1。在6.1 ~ 11   k Pa的较高压力范围内,灵敏度为48   689.1 k Pa-1,即使在11 ~ 56   k Pa的极高压力范围内,也保持在1266.8 k Pa-1。压力传感器具有优良的弯曲和扭转应变检测性能,机械耐用,在可穿戴的医疗生物传感领域具有潜在的应用价值。此外,制备了2×2和4×4传感器阵列,并对其进行了表征,表明了制造柔性触觉传感器的可能性。
文章内容(英文)
Fabricating flexible pressure sensors with high sensitivity in a broad pressure range is still a challenge. Herein, a flexible pressure sensor with engineered microstructures on polydimethylsiloxane (PDMS) film is designed. The high performance of the sensor derives from its unique pyramid-wall-grid microstructure (PWGM). A square array of dome-topped pyramids and crossed strengthening walls on the film forms a multiheight hierarchical microstructure. Two pieces of PWGM flexible PDMS film, stacked face-to-face, form a piezoresistive sensor endowed with ultrahigh sensitivity across a very broad pressure range. The sensitivity of the device is as high as 383 665.9 and 269 662.9 kPa\u003csup\u003e-1\u003c/sup\u003e in the pressure ranges 0-1.6 and 1.6-6 kPa, respectively. In the higher pressure range of 6.1-11 kPa, the sensitivity is 48 689.1 kPa\u003csup\u003e-1\u003c/sup\u003e, and even in the very high pressure range of 11-56 kPa, it stays at 1266.8 kPa\u003csup\u003e-1\u003c/sup\u003e. The pressure sensor possesses excellent bending and torsional strain detection properties, is mechanically durable, and has potential applications in wearable biosensing for healthcare. In addition, 2 × 2 and 4 × 4 sensor arrays are prepared and characterized, suggesting the possibility of manufacturing a flexible tactile sensor.
来源出处
Journal|[J]Advanced ScienceVolume 7, Issue 18. 2020. PP 2000154-2000154
DOI
https://doi.org/10.1002/advs.202000154

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