中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
柔性壓阻式傳感器由于其結構簡(jiǎn)單等優(yōu)勢，目前已經(jīng)吸引了廣泛的研究，而能夠兼容高壓與微弱壓力檢測的傳感器對于生理健康監測和人機交互等應用至關(guān)重要。雖然科研人員通過(guò)在敏感層中引入各種優(yōu)化策略，已經(jīng)實(shí)現了多種具備高性能的柔性壓阻式傳感器，但是現有傳感器通常依賴(lài)單一壓縮機制(如僅僅依靠接觸面積的變化)，在高壓力場(chǎng)景下，會(huì )由于微結構的僵化，快速出現飽和響應，無(wú)法對微小的壓力變化進(jìn)行檢測，因此難以滿(mǎn)足高壓應用場(chǎng)景的需求。
近日，深圳大學(xué)刁東風(fēng)、張希團隊在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊上發(fā)表論文，其研究聚焦于一種具備同步壓縮機制的超寬量程微絨毛柔性壓力傳感器的探究，該傳感器具備的同步壓縮機制可實(shí)現超寬范圍壓力監測。該同步壓縮機制包含：（1）微絨毛結構誘導的電子轉移增強，（2）微結構接觸面積增大，（3）整體壓縮時(shí)的多壁碳納米管間距減小。在高壓階段，這些機制協(xié)同作用引起電阻變化。因此，該傳感器可在半月板模擬的極端高壓條件（750 kPa）下檢測5 kPa的壓力變化（商用傳感器在此條件下無(wú)法產(chǎn)生響應）。
圖1 微絨毛微結構壓力傳感器概念
圖2 傳感器性能測試與對比
圖3 基于微絨毛微結構柔性壓力傳感器的柔性混合電子系統設計與測試
圖4 基于微絨毛微結構柔性壓力傳感器的人機交互應用與末端執行器觸覺(jué)感知
該傳感器具有58.88 kPa?1的高靈敏度、50 Pa至782.5 kPa的超寬工作范圍、9 ms的快速響應時(shí)間以及優(yōu)異耐久性（在250 kPa壓力下循環(huán)10,000次）。這種柔性壓力傳感器還展現出多場(chǎng)景應用的潛力。本文提出的同步壓縮機制可為未來(lái)高性能柔性傳感器的設計提供新思路。
本研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市優(yōu)秀科技創(chuàng )新人才培養等項目的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202425774
