【文献与实验汇报】2021年4月24日-组内动态-仿生智能材料研究组  
【文献与实验汇报】2021年4月24日
安雪 2021-4-24 5289

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    High-performance zero-standby-power-consumption-under-bending pressure sensors for artificial reflex arc

    https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104743

     

    在这里,展示了一种高性能,通过引入可调光致抗蚀剂隔离层(PS),将其置于顶部截断的锥体微结构聚二甲基硅氧烷(PDMS/掺铝的氧化锌(AZO)和底部的聚酰亚胺(PI/金之间来实现零待机功耗的柔性压力传感器(PS Au)叉指电极(PDMS-AZO / PS / PI-Au)。制成的压力传感器在小于20.5°的弯曲角度下具有弯曲不敏感和零功耗的优点,这得益于PS的绝缘效果。所制作的传感器在62 Pa-9.6 kPa的超宽线性响应范围内表现出2200 kPa-1的超高灵敏度和快速响应和恢复时间(<20 ms)。此外,根据有限元建模(FEM),事实证明,顶部和底部微结构的引入可提供多个接触阶段(例如,点接触,点饱和和表面饱和),并进一步扩大了接触面积,从而实现了超高灵敏度和宽泛的接触范围。线性响应范围,得到实验结果的有力支持。作为概念证明,人造体反射弧已成功集成到志愿者中,以调节LED照明的亮度和数量。我们相信,我们的高性能压力传感器在各种实际的基于柔性矩阵的场景中具有广阔的应用前景。

     

     

     

    Effect of a Microstructured Dielectric Layer on a Bending-Insensitive Capacitive-Type Touch Sensor with Shielding

    https://doi.org/10.1021/acsaelm.0c00015

     

    本文针对柔性机器人应用提出了一种对弯曲不敏感的电容式触摸传感器。对于软机器人应用,必须满足几个要求。首先,在目标曲率半径(ROC)级别内,根据弯曲的初始值和灵敏度变化应足够小。因为电容型触摸传感器的信号的变化取决于所述顶部和底部电极(Δ之间的距离变化d),一个设计最小化Δ d根据弯曲是重要的,为了设置目标ROC,首先,制造一个软机器人手指来测量最大弯曲范围。基于ROC相似的软机器人手指的比例相似的假设,最小弯曲范围设置为15 mm。但是,根据软机器人的设计和尺寸,弯曲范围可能会更小。因此,对4mmROC进行了弯曲测试。其次,因为电容式触摸传感器受到寄生电容的影响,与物体直接接触的表面必须被屏蔽,以便在相同的力下出现相同幅度的信号,无论检测到的材料类型是什么。第三,应测量相对较宽的压力范围(高达数百kPa),以适应各种驱动条件下的执行器,并且灵敏度应根据应用情况进行调整。

    弯曲不敏感的电容式触摸传感器在软机器人应用中的潜力已得到成功确认。该传感器由一个可拉伸的顶部电极,一个FPCB底部电极以及介于两者之间的微结构介电层组成。在这项研究中,可伸展的顶部电极对于屏蔽至关重要,因为电容型触摸传感器会受到寄生电容的影响。在弯曲期间,通过数学建模和基于两个角度的弯曲测试来分析电容变化。第一视角涉及对顶部电极的拉伸或压缩的影响,第二视角涉及在弯曲期间在结构之间发生的顶部电极和底部电极之间的相对距离变化。分析是在向外和向内的方向上进行的。分析了两个方向上的性能差异。根据该分析,可以确认出因向外侧弯曲而引起的初始值的变化小于因向内侧弯曲而引起的初始值的变化。制成的传感器可以测量各种压力(最高700 kPa),灵敏度约为0.14 MPa –1。可以根据应用通过几乎不改变弯曲期间的初始值来控制灵敏度。最后,我们的研究表明,传感器的概念可以成功地应用于软机器人应用。



     

    Wearable, Ultrawide-Range, and Bending-Insensitive Pressure Sensor Based on Carbon Nanotube Network-Coated Porous Elastomer Sponges for Human Interface and Healthcare Devices

    https://doi.org/10.1021/acsami.9b07636

    在本文中,我们介绍了一种超宽范围,弯曲不敏感且柔性的电阻式压力传感器,该传感器基于CNT网络涂层的薄多孔PDMS海绵(CCPPS),集成了两个用于人机接口设备的底部电极。为了研究其在实际应用中的适用性,在静态和动态条件下评估了基于CCPPS的压力传感器的压力传感性能。基于CCPPS的压力传感器表现出从10 Pa1.2 MPa的超宽压力感测范围,同时保持了良好的灵敏度而不会由于连续产生电气路径而产生显着的退化,即使在较大的压缩水平下,由于连续堆叠的CNT涂覆的微孔之间也存在接触的电通路而不断产生(约80%)。CCPPS内的微孔具有可逆,即时和强大的闭合/打开性能,从而导致低磁滞现象,良好的动态响应以及压力传感器的长期可靠性。此外,基于CCPPS的压力传感器还表现出对弯曲不敏感的压力感应功能,即使在弯曲或动态表面上,也可以准确检测正常压力。据我们所知,这是对纳米材料涂层的多孔海绵基压力传感器在各种弯曲条件下的性能的首次研究。最后,演示了基于CCPPS的柔性压力传感器用于柔性钢琴垫和柔性脚垫的实用性。

     


     

     


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