基于碳化棉纖維的高性能柔性壓力傳感器

據麥姆斯咨詢報道，近期，華中科技大學廖廣蘭教授研究團隊開發(fā)出一款基于碳化棉纖維的高性能柔性壓力傳感器，操作工藝簡單且成本低廉，可成功應用于微小質量測量、脈搏跳動檢測與手指運動感知等多種實際場景，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、結構與傳感器性能密切相關，大多數(shù)的柔性壓力傳感器不能同時兼顧大量程、高靈敏度、高重復性和穩(wěn)定性等性能。該研究中，研究人員提出一種簡單可行的工藝方法，采用銅薄膜叉指電極結構，將碳化棉纖維作為壓敏層，經三明治式封裝，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，其碳化工藝簡單，易批量制備，成本低且對環(huán)境友好。經過柔化處理的碳化棉纖維，在保留碳化棉纖維疏松多孔結構的同時，還具備優(yōu)異的機械強度與柔韌性，經過任意彎曲均不會斷裂，有利于壓力傳感器實現(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構使其具有1.553kPa?1的高靈敏度、0~20kPa的寬線性感知范圍以及超過8000次循環(huán)的出色耐用性，展現(xiàn)出極大的競爭力。

性能測試結果

在應用性探索實驗中，研究人員利用該傳感器成功實現(xiàn)了微小質量測量（誤差僅為3.43%）、脈搏跳動檢測與手指彎曲度感知，表明了該傳感器具有極高的靈敏度，可以精確監(jiān)測出個體心率與肢體形變。

稱量微小物體質量（左圖）及生理監(jiān)測結果（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，同時證明了其在醫(yī)療診斷、可穿戴電子設備等領域的巨大應用潛力。

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

審核編輯 ：李倩