基于碳化棉纖維的高性能柔性壓力傳感器

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，華中科技大學(xué)廖廣蘭教授研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一款基于碳化棉纖維的高性能柔性壓力傳感器，操作工藝簡(jiǎn)單且成本低廉，可成功應(yīng)用于微小質(zhì)量測(cè)量、脈搏跳動(dòng)檢測(cè)與手指運(yùn)動(dòng)感知等多種實(shí)際場(chǎng)景，為低成本柔性壓力傳感器的研究提供了新思路。

壓敏層的材料、結(jié)構(gòu)與傳感器性能密切相關(guān)，大多數(shù)的柔性壓力傳感器不能同時(shí)兼顧大量程、高靈敏度、高重復(fù)性和穩(wěn)定性等性能。該研究中，研究人員提出一種簡(jiǎn)單可行的工藝方法，采用銅薄膜叉指電極結(jié)構(gòu)，將碳化棉纖維作為壓敏層，經(jīng)三明治式封裝，成功制備出高性能碳化棉纖維柔性壓力傳感器。

工藝流程圖

傳感器樣品實(shí)物圖

該柔性壓力傳感器的成本效益歸功于碳化棉纖維的采用。棉纖維是一種豐富的天然原材料，其碳化工藝簡(jiǎn)單，易批量制備，成本低且對(duì)環(huán)境友好。經(jīng)過(guò)柔化處理的碳化棉纖維，在保留碳化棉纖維疏松多孔結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還具備優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度與柔韌性，經(jīng)過(guò)任意彎曲均不會(huì)斷裂，有利于壓力傳感器實(shí)現(xiàn)良好性能。

原始棉纖維、碳化棉纖維和柔性棉纖維的SEM圖

該柔性壓力傳感器非常好地兼顧了靈敏度、線性范圍與耐用性。碳化棉纖維的疏松多孔結(jié)構(gòu)使其具有1.553kPa?1的高靈敏度、0~20kPa的寬線性感知范圍以及超過(guò)8000次循環(huán)的出色耐用性，展現(xiàn)出極大的競(jìng)爭(zhēng)力。

性能測(cè)試結(jié)果

在應(yīng)用性探索實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用該傳感器成功實(shí)現(xiàn)了微小質(zhì)量測(cè)量（誤差僅為3.43%）、脈搏跳動(dòng)檢測(cè)與手指彎曲度感知，表明了該傳感器具有極高的靈敏度，可以精確監(jiān)測(cè)出個(gè)體心率與肢體形變。

稱量微小物體質(zhì)量（左圖）及生理監(jiān)測(cè)結(jié)果（右圖）

該研究為低成本柔性壓力傳感器的研究提供了新思路，同時(shí)證明了其在醫(yī)療診斷、可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。

論文信息：
https://doi.org/10.13245/j.hust.220315

審核編輯 ：李倩