四川大学卢灿辉教授等Adv. Electron. Mater. ：高性能柔性可穿戴压力传感器的大面积制造

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下一代可穿戴电子设备迫切需要具有高灵敏度、宽工作范围和良好可扩展性的柔性压力传感器。但是，这种压力传感器的制造仍然具有挑战性。

四川大学卢灿辉和加州大学Ana C. Arias教授课题组在国际期刊Adv. Electron. Mater. (IF 6.593)上发表题为“Large-Area Fabrication of High-Performance Flexible and Wearable Pressure Sensors”的研究论文。

本文要点：

1、概述

本文提出了一种大面积的、符合成本效益的工艺，该工艺通过网状成型的有序微结构和印刷的并排电极的组合来制造高性能压力传感器。

2、性能

传感器具有低工作电压（1 V）、高灵敏度（20.9 kPa-1）、低检测极限（7.4 Pa）、快速的响应/恢复时间（23/18 ms）和出色的可靠性（超过1万次循环）。更重要的是，它们具有超宽的工作范围（7.4-1 000 000 Pa）、高可调性、大规模生产可行性以及在格式小型化和创建具有自定义图案的传感器阵列方面的显着优势。

3、应用

这些器件的多功能性可以应用于各种人类活动监测和空间压力映射。此外，利用印刷方法，制造了一种柔性智能鞋垫，该鞋垫具有高度集成性，可同时显示脚部压力和温度。

4、影响

可扩展且具有成本效益的制造工艺以及压力传感器的良好综合性能，使其有望应用与可穿戴智能设备和人机界面等领域。

图1.具有广泛应用范围的大面积兼容高性能压力传感器。示意图显示压力传感器的布局（a）和工作原理（b），该传感器由可缩放的压力感测微结构和带有自定义图案的印刷并排电极组成。c-e）照片显示了压力传感器的广泛应用范围，从可穿戴式脉冲传感器，灵活的压敏电子皮肤到可同时监视脚压力和温度的智能鞋垫。

图2.通过网状成型策略可周期性制造周期性微结构。a）示出了周期性压力感测微结构的制造工艺流程的示意图。b）用作模具的不锈钢筛网的照片。插入图片显示了均匀且周期性的网格结构的放大形态。c）准备好的导电PDMS/CNT微结构膜的图片。d）由筛网成型的PDMS显微结构的光学显微照片。e）切片的PDMS/CNT微观结构的光学图像和PDMS / CNT微观结构的表面轮廓。f，g）具有不同放大率的PDMS/CNT微观结构的SEM图像。这些光学和SEM图像基于100目数模具的微观结构。

图3.印刷的并排电极具有高灵敏度和宽工作范围。a）显示了喷墨打印的工作原理示意图。b）并排配置的喷墨印刷柔性电极的照片。c，d）间隙为200μm的并排电极和宽度为300μm的迹线的光学图像。示意图显示了具有不同电极配置的压力传感器的电阻模型：互锁的微结构（e）、一个电极配置（f）和并排电极（g）。h，i）分别比较具有这三种电极配置的压力传感器的响应行为。

图4.柔性智能鞋垫，可用于脚压力和温度监测。a）制成的柔性智能鞋垫的照片。b）脚上12个压力传感器和四个印刷热敏电阻的对应位置示意图。c，d）踩下正常脚然后从智能鞋垫上取下时，四个热敏电阻和12个压力传感器的记录响应曲线。e）重建的足部压力和足部温度分布。f）用一只脚踩在智能鞋垫上，连续记录12个压力传感器的信号变化。g）在步行过程中提取的足压图的演变。h）重建的足部压力图和冷脚的温度分布。i）重建的足底压力图和热足的温度分布。

原文链接

https://doi.org/10.1002/aelm.201901310

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