Skin-Inspired Hair–Epidermis–Dermis Hierarchical Structures for Electronic Skin Sensors with High Sensitivity over a Wide Linear Range

材料科学 纳米技术 灵敏度(控制系统) 人体皮肤 线性范围 真皮 计算机科学 生物医学工程 光电子学 检出限 电子工程 化学 解剖 医学 生物 工程类 遗传学 色谱法
作者
Huijun Kong,Zhongqian Song,Weiyan Li,Yu Bao,Dongyang Qu,Wei Ma,Zhenbang Liu,Wei Wang,Zhenxin Wang,Dongxue Han,Li Niu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (10): 16218-16227 被引量:68
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c05199
摘要

The quest for both high sensitivity and a wide linear range in electronic skin design is perpetual; unfortunately, these two key parameters are generally mutually exclusive. Although limited success in attaining both high sensitivity and a wide linear range has been achieved via material-specific or complicated structure design, addressing the conflict between these parameters remains a critical challenge. Here, inspired by the human somatosensory system, we propose hair-epidermis-dermis hierarchical structures based on a reduced graphene oxide/poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) aerogel to reconcile this contradiction between high sensitivity and a wide linear range. This hierarchical structure enables an electronic skin (e-skin) sensor linear sensing range up to 30 kPa without sacrificing the high sensitivity (137.7 kPa-1), revealing an effective strategy to overcome the above-mentioned conflict. In addition, the e-skin sensor also exhibits a low detection limit (1.1 Pa), fast responsiveness (∼80 ms), and excellent stability and reproducibility (over 10 000 cycles); as a result, the e-skin platform is capable of detecting small air flow and monitoring human pulse and even sound-induced vibrations. This structure may boost the ongoing research on the structural design and performance regulation of emerging flexible electronics.
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