Schottky Effect‐Enabled High Unit‐Area Capacitive Interface for Flexible Pressure Sensors

材料科学 电容感应 接口(物质) 压力传感器 光电子学 肖特基势垒 纳米技术 工程物理 复合材料 电气工程 机械工程 毛细管数 二极管 毛细管作用 工程类
作者
Guoqing Yang,Xianggao Zheng,Jianzheng Li,Chao Chen,Juntong Zhu,Haokun Yi,Xiaoru Dong,Zhao Jun,Lan Shi,Xiaoxu Zhang,Yajie Qin,Zongquan Gu,Zhuo Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (28) 被引量:23
标识
DOI:10.1002/adfm.202401415
摘要

Abstract Flexible capacitive pressure sensors play a crucial role in wearable electronics and robotics. However, their susceptibility to environmental noise poses challenges to sensing precision. To mitigate the impact of environmental influences, a sensor capable of producing signals orders of magnitudes larger than the noise becomes essential. One straightforward method to enhance capacitance values involves reducing the thickness of the dielectric layer. Yet, when this reduction reaches nanometer scale, the dielectric layer may become mechanically vulnerable and more importantly, their charge storage capability is compromised due to electron tunneling. To address these challenges, here the naturally formed alumina (Al 2 O 3 ) on aluminum (Al) surface is employed as a stable and ultra‐thin dielectric layer. Simultaneously, the Schottky effect at the Al‐Al 2 O 3 ‐carbon black (CB) interface is harnessed to prevent electron tunneling. These strategies collectively yielded a large unit‐area capacitance (UAC) of 50 nF cm −2 and demonstrated high electrical and environmental stability. Furthermore, hollow hemispherical microstructures are incorporated at the interface, resulting in a flexible pressure sensor with high sensitivity (8.6 kPa −1 ) and a linear response up to 50 kPa. With its simple two‐layer structure, this sensor can be seamlessly integrated in situ and offers commercial‐grade resolution at mN‐level for monitoring human biomechanical signals.
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