Multifunctional interlocked e-skin based on elastic micropattern array facilely prepared by hot-air-gun
Multifunctional interlocked e-skin based on elastic micropattern array facilely prepared by hot-air-gun
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基于热风枪简易制备的弹性微图案阵列的多功能互锁电子皮肤
DOI：
10.1016/j.cej.2020.127960
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发表时间：
2021-03
影响因子：
15.1
通讯作者：
Changyu Shen
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yajie Zhang;Yi Zhao;Wei Zhai;Guoqiang Zheng;Youxin Ji;Kun Dai;Liwei Mi;Dianbo Zhang;Chuntai Liu;Changyu Shen
基于弹性压阻传感器的电子皮肤（e-skin）被认为是未来可穿戴电子设备最重要的组件之一，其性能可以通过塑造图案化表面来大幅提高。然而，大多数图案表面通常是通过一些繁琐的方法制造的。显然，通过简单的制造工艺实现高传感性能仍然是一个巨大的挑战。在此，提出了一种高效而简便的热风枪辅助制备方法，该方法能够在单壁碳纳米管（SWCNT）/热塑性聚氨酯（TPU）薄膜上直接制备准半球形微图案阵列。互锁的微图案可以显着提高基于这种微图案薄膜的电子皮肤的传感性能，赋予其非常快的响应时间（<46 ms）、宽工作范围（0.055–254.8 kPa）和出色的耐用性（>20000 次循环）。有趣的是，互锁的电子皮肤具有同时区分压力-温度刺激的多功能性。此外，它可以监测多种人体生理信号（例如动脉脉搏波形、语音识别和人类呼吸行为），这表明它在人机交互中具有广阔的应用前景。此外，所准备的互锁电子皮肤可以连接到无线发射器以无线监测呼吸频率。考虑到简便的制备过程和低成本的原材料，该方法可以很容易地扩大规模用于实际生产。
Electronic skin (e-skin) based on elastic piezoresistive sensor is considered to be one of the most important components for future wearable electronic devices, whose performances can be substantially improved by shaping patterned surface. However, most patterned surfaces are generally fabricated via some tedious methods. Obviously, it is still a huge challenge to realize high sensing performance via facile fabrication process. Here, an efficient but facile method named hot-air-gun assisted preparation is proposed, which enable quasi-hemispherical micropatterned array to be directly fabricated on the single-walled carbon nanotubes (SWCNTs)/thermoplastic polyurethane (TPU) film. The interlocked micropatterns can significantly improve the sensing performance of the as-prepared e-skin based on such micropatterned film, endowing it with very fast response time (<46 ms), wide working range (0.055–254.8 kPa) and excellent durability (>20000 cycles). Interestingly, the interlocked e-skin exhibits multifunction to simultaneously discriminate pressure–temperature stimuli. Moreover, it can monitor a variety of human physiological signals (e.g., arterial pulse waveform, voice recognition and human breathing behavior), indicating a promising application in human–machine interaction. Furthermore, the as-prepared interlocked e-skin could be connected to a wireless transmitter for wireless monitoring respiratory rates. Considering the facile preparation process and the low-cost raw materials, this approach can be easily scaled up for practical production.
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