Highly Sensitive Wearable Pressure Sensors Based on Three-Scale Nested Wrinkling Microstructures of Polypyrrole Films

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作者
Cheng-Feng Yang,Lele Li,Jingxin Zhao,Juanjuan Wang,Jixun Xie,Yanping Cao,Mianqi Xue,Conghua Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (30): 25811-25818 被引量:123
标识
DOI:10.1021/acsami.8b08666
摘要

Pressure sensors have a variety of applications including wearable devices and electronic skins. To satisfy the practical applications, pressure sensors with a high sensitivity, a low detection limit, and a low-cost preparation are extremely needed. Herein, we fabricate highly sensitive pressure sensors based on hierarchically patterned polypyrrole (PPy) films, which are composed of three-scale nested surface wrinkling microstructures through a simple process. Namely, double-scale nested wrinkles are generated via in situ self-wrinkling during oxidative polymerization growth of PPy film on an elastic poly(dimethylsiloxane) substrate in the mixed acidic solution. Subsequent heating/cooling processing induces the third surface wrinkling and thus the controlled formation of three-scale nested wrinkling microstructures. The multiscale nested microstructures combined with stimulus-responsive characteristic and self-adaptive ability of wrinkling morphologies in PPy films offer the as-fabricated piezoresistive pressure sensors with a high sensitivity (19.32 kPa–1), a low detection limit (1 Pa), an ultrafast response (20 ms), and excellent durability and stability (more than 1000 circles), these comprehensive sensing properties being higher than the reported results in literature. Moreover, the pressure sensors have been successfully applied in the wearable electronic fields (e.g., pulse detection and voice recognition) and microcircuit controlling, as demonstrated here.
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