A flexible and ultrasensitive interfacial iontronic multisensory sensor with an array of unique “cup-shaped” microcolumns for detecting pressure and temperature

材料科学 聚二甲基硅氧烷 热塑性聚氨酯 压力传感器 电极 光电子学 图层(电子) 电介质 纳米技术 电子皮肤 复合材料 弹性体 热力学 物理 物理化学 化学
作者
Lanting Li,Guoxuan Zhu,Jing Wang,Jianwen Chen,Guiyan Zhao,Yutian Zhu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:105: 108012-108012 被引量:87
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.108012
摘要

Flexible sensors with high-performance pressure and temperature sensing capabilities are highly desirable due to their widespread applications in electronic skins and wearable electronics. Utilizing the transition state between Cassie−Baxter state and Wenzel state during the surface coating on silicon template, we designed a dielectric layer with arrayed “cup-shaped” microcolumns composed of thermoplastic polyurethane (TPU) and ionic liquids (ILs), which was further applied to assemble with two flexible silver nanowires (AgNWs)/polydimethylsiloxane (PDMS)-based electrodes to form a flexible iontronic multisensory sensor with the electric double layer (EDL) generated at the interface between electrode and dielectric layer. As a pressure sensor, a high sensitivity of 87.75 kPa−1, wide detection range up to 170 kPa, high resolution of 0.22 Pa, and fast response/recovery time of 7.52/13.97 ms are achieved due to the formation of interfacial EDL and the unique structural evolution of the arrayed TPU/ILs cup-shaped microcolumns upon pressure. In addition, the as-prepared sensor also exhibits extraordinary temperature sensing performance, including a high resolution of 0.1 °C, high sensitivity of 52.77% °C−1, and wide detection range from − 40 to 90 °C, owing to the dependence of the dielectric constant of TPU/ILs layer on temperature. Attributed to these excellent sensing capabilities, our sensor possesses great potential in soft robotics, prosthetic prosthetics, and medical monitoring systems.
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