高性能柔性压力传感器用压阻材料中多孔结构与微结构的协同作用。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:17
文章英文标题
Synergy of Porous Structure and Microstructure in Piezoresistive Material for High-Performance and Flexible Pressure Sensors.
正文
设计并制备了一种由聚二甲基硅氧烷( PDMS )和多壁碳纳米管( MWCNTs )组成的多孔微结构压阻材料,用于宽检测范围的柔性高灵敏压力传感器。在部分固化的PDMS / MWCNTs / NaCl混合液表面,通过压印非织造布的方法,将微观结构花样化。将NaCl粉末固化溶解后,得到多孔和表面微结构的PDMS / MWCNT薄膜。将两个PDMS / MWCNT薄膜堆叠在一起,夹在两个铜箔电极之间,其中两个微结构表面与电极接触。由于多孔结构与表面微结构的协同作用,柔性传感器在1 ~ 100 kPa的宽压力范围内具有高灵敏度响应。在小压力下,通过改变电极与表面微结构的接触面积实现了高灵敏度,在高达100 kPa的压力下,由于压阻式PDMS / MWCNT材料的多孔结构,传感器保持了高灵敏度。此外,该传感器响应速度快,耐久性好。基于多孔和微结构PDMS / MWCNTs的压阻式压力传感器在声音检测、人体活动监测以及空间压力分布的阵列映射等方面得到了展示。
文章内容(英文)
A porous and microstructure piezoresistive material composed of polydimethylsiloxane (PDMS) and multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) was designed and prepared for a flexible and highly sensitive pressure sensor over a wide detection range. The microstructure was patterned on the surface of the partially cured PDMS/MWCNTs/NaCl mixture by imprinting a nonwoven fabric. After curing and dissolving the NaCl powders, the porous and surface microstructure PDMS/MWCNT film was obtained. Two PDMS/MWCNT films were stacked together and sandwiched between two copper foil electrodes, in which the two microstructure surfaces were in contact with the electrodes. Due to the synergistic effects of the combination of the porous structure and surface microstructure, the flexible sensor had highly sensitive response over a wide pressure range from 1 Pa to 100 kPa. Under the small pressure, the high sensitivity was achieved by the change in contact areas between the electrodes and the surface microstructures; at high pressure up to 100 kPa, the sensor retained its high sensitivity because of the porous structure of the piezoresistive PDMS/MWCNT material. Additionally, the sensor had fast response speed and good durability. The piezoresistive pressure sensors based on the porous and microstructure PDMS/MWCNTs were demonstrated in detection of sound, monitoring of human activities, and array mapping of the spatial pressure distribution.
来源出处
Journal|[J]ACS Applied Materials & InterfacesVolume 13, Issue 16. 2021.
DOI
https://doi.org/10.1021/ACSAMI.0C22938

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