Enhanced Sensitivity of Capacitive Pressure and Strain Sensor Based on CaCu3Ti4O12 Wrapped Hybrid Sponge for Wearable Applications

材料科学 电容感应 耗散因子 电介质 压力传感器 介电常数 复合材料 光电子学 纳米技术 电气工程 机械工程 工程类
作者
Ashok Chhetry,Sudeep Sharma,Hyosang Yoon,Seokgyu Ko,Jae Yeong Park
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (31) 被引量:188
标识
DOI:10.1002/adfm.201910020
摘要

Abstract Pressure sensors with highly sensitive and flexible characteristics have extensive applications in wearable electronics, soft robotics, human–machine interface, and more. Herein, an effective strategy is explored to enhance the sensitivity of the capacitive pressure sensor by fabricating a dielectric hybrid sponge consisting of calcium copper titanate (CaCu 3 Ti 4 O 12 , CCTO), a giant dielectric permittivity material, in polyurethane (PU). An ultrasoft CCTO@PU hybrid sponge is fabricated via dip‐coating the PU sponge into surface‐modified CCTO nanoparticles using 3‐aminopropyl triethoxysilane. The overall results show that the –NH 2 functionalized CCTO attributes proper adhesion of CCTO with the –OCN group of the PU to enhance interfacial polarization leading to a high dielectric permittivity (167.05) and low loss tangent (0.71) beneficial for flexible pressure sensing applications. Moreover, the as‐prepared CCTO@PU hybrid sponge at 30 wt% CCTO concentration exhibits excellent electromechanical properties with an ultralow compression modulus of 27.83 kPa and a high sensitivity of 0.73 kPa −1 in a low‐pressure regime (<1.6 kPa). Finally, pressure and strain sensing performance is demonstrated for the detection of human activities by mounting the sensor on various parts of the human body. The work reveals a new opportunity for the facile fabrication of high performance CCTO‐based capacitive sensors with multifunctional properties.
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