Electrochemical self-powered strain sensor for static and dynamic strain detections

材料科学 电化学气体传感器 电极 电化学 摩擦电效应 电解质 碳纳米管 复合材料 纳米技术 化学 物理化学
作者
Qi Huang,Yadong Jiang,Zaihua Duan,Yuanming Wu,Zhen Yuan,Mingxiang Zhang,Qiuni Zhao,Yajie Zhang,Bohao Liu,Huiling Tai
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:118: 108997-108997 被引量:52
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108997
摘要

The self-powered strain sensors based on piezoelectric and triboelectric principles have been widely reported in flexible electronics, but they cannot achieve static strain detection. Inspired by electrochemical reactions, we propose and construct an electrochemical self-powered strain sensor for static and dynamic strain detections. Specifically, the sensor is composed of Cu/Al electrodes, elastic core-spun yarn coated with LiCl-carbon nanotubes (CNTs), and latex tube encapsulation. Among them, Cu and Al electrodes are used for electrochemical reactions; Elastic core-spun yarn endows the sensor with excellent tensile performance; LiCl provides conductive ions in electrochemical reactions; CNTs with good conductivity not only reduce the resistance between Cu and Al electrodes, but also facilitate good resistance strain effect; Latex tube encapsulation inhibits the evaporation of water molecules in the electrolyte. The strain sensing performance of the sensor is evaluated based on the current response. The results show that the sensor has wide strain detection range (2–100 %) and good repeatability (1000 times). By analyzing the strain voltage and current responses, as well as the morphology characterization of the sensor, the strain response mechanism of the sensor has been clarified, which is controlled by electrochemical reactions and resistance strain effect. The static strain monitoring function of the sensor is verified by monitoring finger bending. Combined with machine learning, the sensor can be used for respiratory behavior recognition. This work fundamentally contributes to developing self-powered strain sensor with static and dynamic strain detections.
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