柔性压阻传感器

高灵敏度与宽传感范围的矛盾极大地限制了柔性压力传感器的广泛应用。生产一种既具有高灵敏度又具有宽量程的传感器仍然是一项具有挑战性的工作。本文将碱处理的3D皱缩MXene与微结构聚二甲基硅氧烷( PDMS )相结合，研制了宽传感范围的柔性高灵敏压阻传感器，制备了不同粗糙度PDMS薄膜作为柔性衬底，未处理MXene作为导电材料的传感器，明确了超宽压力范围( 0 ~ 800   kPa )的几何设计。然后，制作了其他由NaOH碱化的3D皱缩MXenes和粗糙PDMS组装的传感器，说明材料优化可以进一步提高灵敏度(最高可达1104.38 k Pa-1 )，传感器检测下限( 17   Pa )，响应时间快( 100   ms )，循环稳定性好( 3000个循环，300   k Pa )，能够检测到从小丸、脉冲、心跳、喉部振动到水重变化的大压力范围，在健康监测系统和人机交互方面具有广阔的前景。

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。