Highly sensitive, wide-pressure and low-frequency characterized pressure sensor based on piezoresistive-piezoelectric coupling effects in porous wood

压阻效应 压电 材料科学 压力传感器 灵敏度(控制系统) 复合材料 多孔性 压缩性 联轴节(管道) 声学 光电子学 电子工程 机械工程 机械 物理 工程类
作者
Jingjing Luo,Feihua Liu,Ao Yin,Qi Xue,Jiang Liu,Zhongqi Ren,Shiqiang Zhou,Yuxin Wang,Yang Ye,Qingzhi Ma,Junjun Zhu,Kang Li,Chen Zhang,Weiwei Zhao,Suzhu Yu,Jun Wei
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier]
卷期号:315: 120983-120983 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2023.120983
摘要

Lightweight and highly compressible materials have received considerable attention in flexible pressure sensing devices. In this study, a series of porous woods (PWs) are produced by chemical removal of lignin and hemicellulose from natural wood by tuning treatment time from 0 to 15 h and extra oxidation through H2O2. The prepared PWs with apparent densities varying from 95.9 to 46.16 mg/cm3 tend to form a wave-shaped interwoven structure with improved compressibility (up to 91.89 % strain under 100 kPa). The sensor assembled from PW with treatment time of 12 h (PW-12) exhibits the optimal piezoresistive-piezoelectric coupling sensing properties. For the piezoresistive properties, it has high stress sensitivity of 15.14 kPa-1, covering a wide linear working pressure range of 0.06-100 kPa. For its piezoelectric potential, PW-12 shows a sensitivity of 0.443 V·kPa-1 with ultralow frequency detection as low as 0.0028 Hz, and good cyclability over 60,000 cycles under 0.41 Hz. The nature-derived all-wood pressure sensor shows obvious superiority in the flexibility for power supply requirement. More importantly, it presents fully decoupled signals without cross-talks in the dual-sensing functionality. Sensor like this is capable of monitoring various dynamic human motions, making it an extremely promising candidate for the next generation artificial intelligence products.
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