Hierarchical Asymmetric Complementary Bionic Structure for Highly Sensitive Pressure Sensor
Hierarchical Asymmetric Complementary Bionic Structure for Highly Sensitive Pressure Sensor
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高灵敏压力传感器的分层非对称互补仿生结构
DOI：
10.1002/admt.202200820
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发表时间：
2022-11
影响因子：
6.8
通讯作者：
Chenghao Deng
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Fengming Wu;Erming Su;Yeti Li;Runcheng Hu;Chenghao Deng
仿生结构在柔性传感器中受到广泛关注。然而，目前对结构优化以提高性能的研究还比较缺乏。在此，两种类型的植物叶片具有非常不同的表面结构，玫瑰花瓣（RP）和纸桑葚（PM）叶，用于制造一个不对称的互补结构。在压力作用下，粉末冶金的微锥可以插入到快速成型微圆顶结构的凹槽中，并在高压下弯曲。与PM-PM和RP-RP结构相比，PM-RP结构增加了内部接触面积的空间，同时提高了传感器的灵敏度和检测范围。具有纳米级表面粗糙度的堆叠Ti 3C 2 Tx MXene膜和微米PM-RP结构的分层组合进一步提高了性能。该传感器的灵敏度可达84.79 kPa−1（0-10 kPa），压力检测范围宽（0-100 kPa），响应时间短（11 ms），在可穿戴电子产品中具有很好的应用前景。同时，提出了压力传感器微结构设计的普遍原则，即减小初始接触电阻，丰富增加接触面积的途径。
Bionic structures are widely concerned in flexible sensors. However, there is a lack of research on the optimization of structure to improve the performance. Herein, two types of plant leaves with quite different surface structures, rose petal (RP) and paper mulberry (PM) leaf, are used to fabricate an asymmetric complementary structure. Under pressure, the microcones of PM can insert into the grooves of the RP microdome structures and can be bended under high pressure. Compared to that of PM–PM and RP–RP structures, the space for increasing the internal contact area of PM–RP structure is greatly enhanced, which improves the sensitivity and detection range of the sensor simultaneously. The hierarchical combination of stacked Ti3C2Tx MXene film with nanoscale surface roughness and the micro PM–RP structure further improves the performance. The prepared sensor shows a sensitivity up to 84.79 kPa−1 (0–10 kPa), a wide pressure detection range of 0–100 kPa, and a short response time of 11 ms. It shows great application potential in wearable electronics. Meanwhile, a universal principle for the design of micro‐structure in pressure sensors is proposed, that is, reducing the initial contact resistance and enriching the approach for increasing the contact area.
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