中科院重庆研究院《ACS AMI》:可控的褶皱石墨烯,用于高性能柔性压力传感器
来源:morion日期:2021-05-08 浏览:71次

成果简介


柔性压力传感器由于其在医疗保健,机器人技术和假肢领域的广泛应用而引起了极大的关注。到目前为止,为柔性压力传感器开发低成本且可控制的微结构仍然是一个严峻的挑战。本文,中国科学院重庆绿色智能技术研究院Xinyue Tang(第一作者)与杨俊(通讯作者)等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Controllable Graphene Wrinkle for a High-Performance Flexible Pressure Sensor”的论文,研究以将可控石墨烯-纳米壁(GNW)褶皱和聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体结合,开发了一种高灵敏度,低成本的柔性压阻传感器。


对于GNWs-PDMS双层膜,垂直生长的GNWs膜可以有效地提高界面强度并形成无分层的褶皱。更重要的是,通过热起皱法可以容易地调节可控的微观结构。褶皱石墨烯纳米壁(WG)压阻传感器具有很高的灵敏度(对于0–2 kPa区域,S = 59.0 kPa –1,对于2–20 kPa区域,S = 4.8 kPa –1),响应速度快(<6.9 ms)的最低检测限(LOD)为2 mg(〜0.2 Pa)。


采用有限元方法对传感器的工作机理进行了分析,并发现了褶皱周期对传感器性能的影响。这些突出的优点褶皱石墨烯传感器能够成功地检测从弱刺激到大压力的各种信号,例如检测,微弱气体和足底压力。体积,物体操纵,触觉成像和盲文识别等应用也得到了广泛的应用,显示了在假肢和智能机器人领域的巨大潜力。


图文导读



图1. WG压力传感器的准备过程



图2. GNW和起皱的GNW的特征


图3. WG传感器的感测性能


图4. WG压力传感器的感应机制



图5.在极小的压力到高压下的应用



图6. WG压力传感器在机器人触觉感测中的应用


小结


总之,我们利用褶皱的石墨烯纳米薄膜制备了一种尺寸,高性能的柔性压阻传感器。利用热起皱方法,研究了不同起皱周期的薄膜对器件灵敏度的影响。些突出的优点使得WG压力传感器能够成功地应用于从弱刺激到大压力的各种信号的检测,如微弱气体和足底压力的检测。此外,在物体操作、触觉成像和盲文识别等方面的应用也得到了证实,表明石墨烯皱纹在假肢和智能机器人领域有着巨大的潜力。


文献




链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c22784


文章来源:https://mp.weixin.qq.com/s/Tq6OLWtIkTwH4HEy5d4zLA