基于仿生结构的高灵敏度、宽响应压力传感器

《Macromolecular Chemistry and Physics》：High Sensitivity, Wide Response Pressure Sensor by Bioinspired Structure

高灵敏柔性压力传感器通过梯度应力水凝胶材料设计实现灵敏度（4.7 MPa?1）与宽压力范围（0.000486-1.17 MPa）的协同优化，材料由软水凝胶HD20（高电导率1.05×103 S/m）和硬水凝胶HPA50复合而成，适用于玻璃、塑料、金属等多种界面及低温环境（-14°C），并展现出优异的循环稳定性和应变识别能力。

　　

摘要

高性能、柔性的压力传感器在电子皮肤、能量收集、软体机器人等领域展现出了巨大的潜力。然而，同时实现高灵敏度和宽压力响应范围的目标仍然具有挑战性，这限制了传感器的检测阈值、感知范围和机械强度。在这项研究中，通过有限域膨胀法制备了梯度应力水凝胶。该水凝胶由“软”水凝胶（聚（羟乙基丙烯酸酯-共-丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵）（HD₂₀）和“硬”水凝胶（聚羟丙基丙烯酸酯（HPA₅₀）组成。“软”水凝胶具有较高的电导率（1.0510 S/m）和高灵敏度（4.7271 MPa^?1），而“硬”水凝胶则具有较宽的感知范围（从0.000486 MPa到1.17 MPa）。此外，由于其含有─OH/N⁺基团，该水凝胶可以应用于多种材料界面（玻璃、塑料、金属、聚四氟乙烯、硅橡胶、皮肤），并且能够在低温环境（-14 °C）下正常工作。此外，该水凝胶还表现出优异的循环稳定性和识别不同应变的性能。这种简便有效的方法有助于设计和制备在宽压力工作范围内具有高灵敏度的压力传感器。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。