四川大学杨伟教授《JMCC》：实现柔性压阻式压力传感器的规模化制备

点击蓝字关注我们

压力传感器在工业和日常生活中至关重要，柔性压力传感器成为在各种柔性/可穿戴传感器中最基本、最核心的组件。通过利用压阻式、压电式、摩擦电式、电容式等有效传感机制，甚至它们的组合，可以构成多功能柔性压力传感器。实际中，制备检测微小压力的高灵敏度柔性传感器需要选择合适的活性材料和柔性衬底，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯（PU）、热塑性聚氨酯（TPU）等聚合物材料。此外，与金属材料或其他导电填料相比，碳纳米材料由于其优越的加工性，可用于制造导电弹性体复合材料，在柔性传感器制造方面具有广泛的应用。然而，压力传感器的工业化和商业应用仍然需要一种简便的、在器件和制造工艺水平上都可扩展的技术，可扩展、经济、简单、省时、环保的柔性压力传感器是发展柔性传感器/电子学的一大推动力，这也是当前的一个重大挑战。

四川大学杨伟教授团队报告了一种封闭式柔性压阻式压力传感器，该传感器采用传统的聚合物加工方法，即转印法制备了微结构可调的聚二甲基硅氧烷/碳纳米结构（PDMS/CNS）复合薄膜压力传感器。该传感器具有适当的面对面微结构封闭配置，在微小压力（＜100Pa）下表现出高的压力灵敏度（1.214 kPa^-1）、超低的检测极限（1.75 Pa）、快速的响应、超低的工作电压（0.1 V）和超过1700次的良好的传感稳定性。该压力传感器具有可控的大小、形状和灵敏度，能够识别不同形式和频率的输入压力信号，具有即时和精确的响应，使其在柔性电子产品中具有潜在的应用前景。

图1 闭塞表面微结构压阻式压力传感器概述。（a）具有闭塞微结构的压阻式压力传感器的制造工艺示意图。（b）闭塞结构的概念性演示和相应的扫描电子显微镜图像(比例尺：200 mm)，以及闭塞压力传感器的说明性导电路径变化。（c）建立了阻塞式压阻式压力传感器的简化电路模型，以了解阻尼式压阻式压力传感器在外压作用下的电阻变化。（d）不同寸和形状的微结构压力传感器的实际样品，比例尺：1厘米。

图2模板和微结构PDMS膜（#900）的微观形貌。（a-c）金属网、PVDF模板和微结构PDMS薄膜的光学显微镜图像，比例尺：200 mm；（d-f）金属网、PVDF模板和微结构PDMS膜的表面SEM图像，比例尺：400mm；（g）（f）所示位置的放大表面扫描电子显微镜图像，比例尺：200mm；（h）（g）所示位置的放大表面扫描电子显微镜图像，显示部分嵌入PDMS膜中的CNS，比例尺：4 mm。；（i）微结构聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜的横截面扫描电子显微镜(SEM)图像，比例尺：200 mm。

图3压阻式压力传感器的基本传感性能和响应机理

图4区分各种外部压力形式的能力和封闭式压力传感器的耐用性。

图5封闭式压力传感器潜在应用的演示

以上研究以“Scalable fabrication of flexible piezoresistive pressure sensors based on occluded microstructures for subtle pressure and force waveform detection”为题，发表在Journal of Materials Chemistry C（DOI: 10.1039/d0tc03961f）上。第一作者为四川大学高分子科学与工程学院的李无敌，通讯作者为四川大学高分子科学与工程学院杨伟教授。

相关链接
https://pubs.rsc.org/fi/content/articlelanding/2020/tc/d0tc03961f#!divAbstract

相关进展
南京大学金钟教授课题组在耐高温、柔性可拉伸锂硫电池领域取得进展

免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：[e-mail]

扫二维码｜关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至[e-mail]，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。