A novel MXene-based high-performance flexible pressure sensor for detection of human motion

材料科学 压力传感器 聚二甲基硅氧烷 线性 电子皮肤 光电子学 薄脆饼 压阻效应 基质(水族馆) 纳米技术 电子工程 机械工程 工程类 海洋学 地质学
作者
Zhidong Zhang,Qingchao Zhang,Huinan Zhang,Bo Li,Junbin Zang,Xuefeng Zhao,Xiaolong Zhao,Jing Wang
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:32 (6): 065007-065007 被引量:10
标识
DOI:10.1088/1361-665x/accee9
摘要

Abstract Flexible pressure sensors possess superior conformal ability, great flexibility, and strong biocompatibility than conventional silicon-based sensors, thereby widely used in electronic skin, wearable devices, and robotic tactile sensing, among other fields. However, flexible pressure sensors are still limited by many challenges related to extended linearity and high sensitivity. In this paper, MXene with a loose layered structure was employed to fabricate high-performance flexible piezoresistive sensors comprising polydimethylsiloxane (PDMS) film with cylindrical microstructure, multilayer Ti 3 C 2 T x -MXene film, and interdigital electrodes. A cylindrical microstructured silicon wafer was designed and processed by deep silicon etching process, and PDMS flexible substrate was obtained by two inversions as the pressure sensing layer. The resulting flexible pressure sensor exhibited excellent performance in terms of excellent sensitivity up to 519 kPa −1 in the large detection range of 0–8 kPa coupled with great linearity, a response time of 62.7 ms, and a recovery time of 62.8 ms. The high sensitivity was associated with the compression of the interlayer spacing of multilayer MXene nanosheets. In addition, a single flexible pressure sensor and integrated array were utilized to detect the human physical signals and quantitative measurements of pressure distributions. Overall, these findings provided experimental verification for the design and manufacturing of highly sensitive and linear flexible pressure sensors.
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