All‐Carbon Piezoresistive Sensor: Enhanced Sensitivity and Wide Linear Range via Multiscale Design for Wearable Applications

材料科学 压阻效应 灵敏度(控制系统) 可穿戴计算机 可穿戴技术 纳米技术 航程(航空) 碳纤维 光电子学 电子工程 计算机科学 复合材料 嵌入式系统 复合数 工程类
作者
Qixuan Xiang,Guanjie Zhao,Tao Tang,Hao Zhang,Zhiyuan Liu,Xianglong Zhang,Yaping Zhao,Huijun Tan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202418706
摘要

Abstract Piezoresistive sensors are indispensable in applications such as healthcare monitoring, artificial intelligence, and advanced communication systems. However, achieving wearable sensors that offer both high sensitivity and a wide linear range remains a significant challenge. Here, an all‐carbon piezoresistive sensor is presented, named, featuring high biocompatibility, chemical stability, environmental sustainability, and a straightforward fabrication process. This sensor, integrating a double‐sided pyramidal carbon aerogel (DPA) as the sensing layer, a silicone frame as the elastic support (ES), and superhydrophobic graphene‐coated nylon fabric as the breathable conductive substrate (BCS), was named as DPA‐ES@BCS. Finite element analysis confirms that the synergistic interaction between the DPA and silicone frame enhances the sensor's sensitivity while extending its linear range. This multiscale design achieves an exceptional sensitivity of 37.3 kPa −1 , a broad linear detection ranges from 0 to 1.4 MPa, and outstanding stability over 30 000 cycles. Additionally, the high‐performance wearable sensor is well‐suited for real‐time physiological signal monitoring and demonstrates exceptional capability in voice recognition, accurately distinguishing words using machine learning algorithms. Moreover, the DPA‐ES@BCS sensor array shows great potential for enhancing information security through dual‐factor authentication. This approach not only advances the piezoresistive performance of all‐carbon sensors but also provides a strong foundation for developing next‐generation sensor technologies.

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