Wide-Range Flexible Capacitive Pressure Sensors Based on Origami Structure

材料科学 电介质 聚二甲基硅氧烷 电容感应 电极 钛酸钡 压力传感器 图层(电子) 复合数 纳米技术 光电子学 复合材料 电气工程 机械工程 化学 工程类 物理化学
作者
Xueyang Liu,LI Chuan-liang,Zhentao Wang,Yifeng Li,Jian‐Qiu Huang,Huiyang Yu
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:21 (8): 9798-9807 被引量:27
标识
DOI:10.1109/jsen.2021.3058275
摘要

In this paper, flexible pressure sensors based on 3D printing technology are presented. These flexible pressure sensors have different dielectrics and are designed to be a sandwich structure, which consists of a top electrode, flexible dielectric layer and a bottom electrode. The flexible dielectric layer in the middle is the pressure sensitive layer and is designed to be a hollow prism structure. This design is inspired by an origami structure and is intended to achieve excellent mechanical property. Besides that, in order to develop a method of improving flexible dielectric properties, an experiment of the synthetic composite dielectric layer is carried out and three kinds of flexible composite dielectrics are fabricated. Polydimethylsiloxane (PDMS), Barium Titanate (BaTiO 3 ) and Carbon Nanotubes (CNTs) are used to synthesize composite dielectrics. They are PDMS compounded with BaTiO 3 , PDMS compounded with CNTs, PDMS compounded with both BaTiO 3 and CNTs, respectively. The dielectric structure is constructed with a 3D printed mold. The copper foil is patterned to work as electrodes of the sensors. Besides that, a sensor with pure PDMS dielectric is fabricated as a reference. By testing the sensitivity of these sensors, it was found that the sensor with dielectric made of PDMS doping both BaTiO 3 and CNTs shows the highest sensitivity, which is about 0.1kPa -1 and 1.3 times of the reference sensor at the pressure below 20kPa. As a result, fabricating composite dielectric in this way can be a potential method to improve the device performance.

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