High sensitivity and broad linearity range pressure sensor based on hierarchical in-situ filling porous structure

线性 材料科学 聚二甲基硅氧烷 压阻效应 多孔性 压力传感器 灵敏度(控制系统) 复合材料 纳米技术 电子工程 机械工程 工程类
作者
Xu Jin,Huayang Li,Yiming Yin,Xin Li,Jinwei Cao,Hongyan Feng,Wandi Bao,Huachun Tan,Fanyuan Xiao,Guangwei Zhu
出处
期刊:npj flexible electronics [Springer Nature]
卷期号:6 (1) 被引量:26
标识
DOI:10.1038/s41528-022-00191-7
摘要

Abstract Flexible piezoresistive pressure sensor with high sensitivity over a broad linearity range have been attracting tremendous attention for its applications in health monitoring, artificial intelligence, and human-machine interfaces. Herein, we report a hierarchical in-situ filling porous piezoresistive sensor (HPPS) by direct ink writing (DIW) printing and curing of carbon nanofibers (CNFs)/polydimethylsiloxane (PDMS) emulsion. Hierarchical geometry significantly increases the contact area, distributes stress to multilayered lattice and internal porous structure, resulting in a broad sensing range. Moreover, unlike conventional hollow porous structure, the CNFs networks in-situ filling porous structure generates more contact sites and conductive pathways during compression, thereby achieving high sensitivity and linearity over entire sensing range. Therefore, the optimized HPPS achieves high sensitivity (4.7 kPa −1 ) and linearity (coefficient of determination, R 2 = 0.998) over a broad range (0.03–1000 kPa), together with remarkable response time and repeatability. Furthermore, the applications in diverse pressure scenarios and healthcare monitoring are demonstrated.
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