Highly Sensitive Fiber Pressure Sensors over a Wide Pressure Range Enabled by Resistive-Capacitive Hybrid Response

电容感应 材料科学 灵敏度(控制系统) 电阻式触摸屏 压力传感器 响应时间 信号(编程语言) 电子工程 声学 光电子学 电气工程 计算机科学 工程类 机械工程 物理 计算机图形学(图像) 程序设计语言
作者
Xiangyang Qu,Jing Li,Zhiliang Han,Qianqian Liang,Zhou Zhou,Ruimin Xie,Huaping Wang,Shiyan Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (15): 14904-14915 被引量:68
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c03484
摘要

Soft capacitive pressure sensors with high performance are becoming increasingly in demand in the emerging flexible wearable field. While capacitive fiber pressure sensors have achieved high sensitivity, their sensitivity range is limited to low-pressure levels. As fiber sensors typically require preloading and fixation, this narrow range of high sensitivity poses a challenge for practical applications. To overcome this limitation, the study proposes resistive-capacitive hybrid response fiber pressure sensors (HFPSs) with three-layer core-sheath structures. The trigger and sensitivity enhancement mechanisms of the hybrid response are determined through model analysis and experimental verification. By adjustment of the sensitivity enhancement range of the hybrid response, the sensitivity attenuation of HFPSs is alleviated significantly. The obtained results demonstrate that HFPSs have excellent characteristics such as fast response, low hysteresis, wide response frequency, small signal drift, and good durability. The hybrid response enhances the practical sensitivity of HFPSs for various applications. With enhanced sensitivity, HFPSs can effectively monitor pulse signals at preloads ranging from 0 to 22.7 kPa. This wide range of preloads improves the fault tolerance of pulse monitoring and expands the potential application scenarios of fiber pressure sensors.
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