Engineering microcracks in MWCNT/elastomer bilayers for high-performance stretchable sensor development

材料科学 弹性体 复合材料 纳米技术 工程物理 工程类
作者
Fei Wang,Boran Zhou,Rui Wang,Jim Jenkinson,Weihang Zhu,Jing Zhong,Zheng Fan,Li Sun
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:35 (3): 035502-035502
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ad0249
摘要

Stretchable strain sensors in motion detection, health monitoring, and human-machine interfaces are limited by device sensitivity, linearity, hysteresis, stability, and reproducibility in addition to stretchability. Engineering defect structures in sensing material is an effective approach in modulating the material's physical properties, particularly those associated with mechanical responses. Here, we demonstrate that bilayers of carbon nanotubes deposited on an elastomer substrate are mechanically coupled. The microcrack size, density, and distribution in the nanotube thin film can be engineered through uniaxial tensile training to exhibit highly tunable and stable piezoresistive responses with sensitivity, linearity, range, and reproducibility. These responses far exceeding those in uniform metallic films, patterned structures, and composites. In addition, numerical analyses performed on a two-dimensional network model of the cracked nanotube film provide quantitative explanations of how crack configuration, and evolvement under strain, lead to the significant enhancements in stretchable sensor performance using current bilayer structures.
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