Flexible multimode sensors based on hierarchical microstructures enable non-destructive grading of fruits in cold chain logistics

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作者
Wentao Huang,Jie Xia,Yangfeng Wang,Xinyi Jin,Hongliang Zhu,Xiaoshuan Zhang
出处
期刊:Materials today sustainability [Elsevier]
卷期号:25: 100691-100691 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.mtsust.2024.100691
摘要

In practical applications, flexible pressure sensors must demonstrate adequate sensitivity, durability, and the ability to detect both dynamic and static forces across a wide range. The objective of this study is to develop a flexible dual-mechanism piezoelectric/piezoresistive sensor (FDMPS) based on layered microstructures to enable versatile detection in real fruit sorting operations. The FDMPS consists of an upper layer featuring planar MXene electrodes on a PDMS film, a mid-layer comprising microstructured Ag electrodes on a PVDF-TrFE/Silica gel/ZnO film, and a lower layer with microstructured MXene electrodes on a PDMS film composition. To ensure a secure fit, the three-layer structure is treated with APTES and plasma. All electrodes are produced using a pneumatic direct-write process, while the PDMS and piezoelectric films are created via a spin-coating process, making them suitable for large-scale production. The flexible FDMPS, with a 10 wt% ZnO content, achieves an optimal piezoelectric output of 3.6 V. Additionally, the FDMPS demonstrates excellent linearity (0.997), resistive sensitivity (23.65 kpa−1), and stability (5000 cycles). The incorporation of microstructures significantly enhances the performance of piezoelectric/piezoresistive sensing. Moreover, the FDMPS can accurately measure bending strain rate and angle within the ranges of 0–90°/s (with a sensitivity of 0.014 V/(°·s−1)) and 0–110° (with a sensitivity of 0.216/°), respectively. In a wireless, real-time mode, the FDMPS proves effective in monitoring the reciprocating motion of a robotic arm and assessing fruit ripeness during the grading process. This advancement promotes the development and application of precision agriculture and wearable sensing technologies.

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