In recente jaren, met de snelle ontwikkeling van flexibele elektronische skins, hoogwaardige flexibele tactiele sensoren hebben meer aandacht gekregen en zijn op veel gebieden gebruikt, zoals kunstmatige intelligentie, Gezondheidsbewaking, menselijke computerinteractie, en draagbare apparaten. Onder verschillende sensoren, flexibele capacitieve tactiele sensoren hebben de voordelen van een hoge gevoeligheid, laag energieverbruik, snel antwoord, en eenvoudige structuur.

Gevoeligheid is een belangrijke parameter van de sensor. Een veelgebruikte manier om de gevoeligheid te verbeteren, is door microstructuren te introduceren en ionische diëlektrische materialen op het grensvlak te gebruiken om een ​​ion-elektronische interface op nanoschaal met ultrahoge specifieke capaciteit te vormen. Echter, vanwege de onsamendrukbaarheid van het materiaal en het hoge stabiliteitsontwerp van de structuur, de lineariteit van het detectiesignaal is slecht en het drukresponsbereik is smal. De sensor met hoge lineariteit vergemakkelijkt de omrekening tussen capaciteit en druk. Het kan het circuitontwerp en het gegevensverwerkingssysteem aanzienlijk vereenvoudigen, en de reactiesnelheid van het detectiesysteem te verbeteren. Daarom, de productie van flexibele druksensoren met een hoge lineariteit en hoge gevoeligheid is een belangrijk thema geworden bij de ontwikkeling van een flexibele elektronische huid.

Onlangs, De onderzoeksgroep van Chuan Fei Guo van het Department of Materials Science and Technology van de Southern University of Science and Technology heeft vooruitgang geboekt in het onderzoek naar zeer lineaire flexibele druksensoren. Ze verbeterden de vervormbaarheid van de structuur door een flexibele elektrode te ontwerpen met een micropillared structuur aan het oppervlak met een grote aspectverhouding die gemakkelijk te knikken is en stabiliteit verliest. Gecombineerd met de ionische gel diëlektrische laag, de sensor heeft een hoge lineariteit (R2~0.999) en een hoge gevoeligheid (33.16 kPa ^-1 ) in een breed drukbereik van 12-176 kPa.

De micropilaren ondergaan drie vervormingsfasen onder druk; eerste contact (0-6 kPa), structurele knik (6-12 kPa) en fase na knik (12-176 kPa). In de fase na het knikken, het signaal vertoont een hoge lineariteit en een hoge gevoeligheid.

De hoge lineariteit ligt in de aanpassing van de modulus van de elektrode met micropillar-structuur en de diëlektrische laag. De micropilaren zijn gemaakt van siliconenrubber polydimethylsiloxaan (PDMS) met een elasticiteitsmodulus van 1 MPa, en de elasticiteitsmodulus van het ionengelmembraan is 5 MPa. Door middel van eindige elementenanalyse (FEA), het kan bekend zijn dat een materiaal met een modulus van MPa een lineaire verandering van het contactoppervlak zal produceren wanneer het materiaal wordt geëxtrudeerd met een micropillared-structuur, die overeenkomt met de lineaire gevoeligheid verkregen in het experiment.

Naast een hoge lineaire gevoeligheid, de sensor heeft ook een lage detectiegrens (0,9 Pa), lage responstijd (9 ms), en hoge stabiliteit (gedurende 6000 compressie-/buigcycli, het signaal blijft stabiel). Volgens de prestaties van de sensor, ze maken een reeks toegepaste experimenten. Op het middelvingersegment van een kunsthand is een sensor bevestigd om gewichten van verschillende gewichten op te tillen, en het sensorsignaal toont een stapsgewijze verandering met een uniforme gewichtstoename (~372 pF/g). Vervolgens, meerdere (21) sensoren zijn aan de manipulator bevestigd om het objectgrijpexperiment uit te voeren. De sensorarray kan de drukverdeling van het vastgegrepen object beter weergeven. De sensor wordt ook gebruikt bij de detectie van de menselijke radiale slagader, en het pulssignaal is relatief stabiel onder verschillende voordrukken (10,23 ~ 17,75 kPa), zoals getoond in Fig. 3. In de plantaire drukverdelingstest, de sensorarray kan het verschil in drukverdeling in verschillende staat duidelijk terugkoppelen.

De hoge lineariteitsgevoeligheid van de sensor is afgeleid van het ontwerp van de micropillared structuur aan het oppervlak en de afstemming van de mechanische eigenschappen van de elektroden en diëlektrische materialen. De combinatie van het stabiliteitsprincipe van Euler, FEA en scanning elektronenmicroscopie (SEM) karakterisering verklaart de reden voor lineaire gevoeligheid. Het gewichthefexperiment en het grijpexperiment van de manipulator, menselijke pulsdetectie en plantaire drukverdelingstest tonen aan dat de sensor een groot toepassingspotentieel heeft op het gebied van intelligente robots, menselijke computerinteractie, en gezondheidsmonitoring. Dit werk levert ook nieuwe ontwerpideeën op voor het onderzoek naar flexibele lineaire sensoren.