基于压阻-压电复合效应的低熵结构纤维膜用于多维力学信号监测的研究被Nano Energy录用

发布时间:2021年10月08日

压力和应变等力学信号的持续监测在物联网和人工智能中起着至关重要的作用,因此柔性力学传感器因其在可穿戴电子产品、软机器人、人机界面等方面的巨大应用潜力而受到越来越多的关注。低维力学传感器在高灵敏度和宽检测范围等方面已经取得了重大进展,但在实际应用情景中,大部分应变或应力以复杂的方式发生,即多维应变或应力往往同时出现,而有效区分复杂的三维力学信号仍然是传感器领域面临的一个重大挑战。

本工作中,我们报道了一种设计新颖且结构简单的一体式薄膜传感器,能够同时监测平面内的应变和垂直于平面的压力。该传感器由 MXene 和具有低熵结构(取向)的聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(PVDF-TrFE)纳米纤维薄膜组成。由导电性能优异的MXene包覆压电纤维表面组成了各向异性的平面内导电网络,用于面内应变传感;同时,PVDF-TrFE 纳米纤维的压电性质赋予其监测垂直于平面方向的动态压力和能量收集功能。这种基于压阻和压电机制设计的多维柔性薄膜传感器不仅表现出线性的信号响应特征和较高的灵敏度,还可以有效辨识机械刺激的方向,因此可以用于坐姿监测和国际象棋游戏的控制。本研究为设计 3D 机械传感器或多功能电子皮肤提供了一种新颖、简便的解决方案,在人机界面、医疗保健、娱乐和其他智能控制应用方面具有巨大潜力。

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Chun-Yan Tang, Xing Zhao, Jin Jia, Shan Wang, Xiang-Jun Zha, Bo Yin, Kai Ke*, Rui-Ying Bao, Zheng-Ying Liu, Yu Wang, Kai Zhang, Ming-Bo Yang, Wei Yang*, Low-entropy Structured Wearable Film Sensor with Piezoresistive-Piezoelectric Hybrid Effect for 3D Mechanical Signal Screening, Nano Energy, 全文链接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521008545录用时间:2021.10.02.