Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento de películas eletrônicas flexíveis, sensores táteis flexíveis de alto desempenho têm recebido mais atenção e têm sido usados ​​em muitos campos, como inteligência artificial, monitoramento de saúde, interação humano-computador, e dispositivos vestíveis. Entre vários sensores, sensores táteis capacitivos flexíveis têm as vantagens de alta sensibilidade, baixo consumo de energia, resposta rápida, e estrutura simples.

A sensibilidade é um parâmetro importante do sensor. Uma maneira comum de melhorar a sensibilidade é introduzir microestruturas e usar materiais dielétricos iônicos na interface para formar uma interface íon-eletrônica em nanoescala com capacitância específica ultra-alta. Contudo, devido à incompressibilidade do material e ao design de alta estabilidade da estrutura, a linearidade do sinal de detecção é ruim e a faixa de resposta de pressão é estreita. O sensor com alta linearidade facilita a conversão entre capacitância e pressão. Pode simplificar muito o projeto do circuito e o sistema de processamento de dados, e melhorar a velocidade de resposta do sistema de detecção. Portanto, a produção de sensores de pressão flexíveis com alta linearidade e alta sensibilidade se tornou uma questão chave no desenvolvimento de pele eletrônica flexível.

Recentemente, O grupo de pesquisa de Chuan Fei Guo do Departamento de Ciência e Tecnologia de Materiais da Southern University of Science and Technology fez progressos na pesquisa de sensores de pressão flexíveis altamente lineares. Eles melhoraram a deformabilidade da estrutura projetando um eletrodo flexível com uma estrutura de superfície micropillared com uma grande proporção de aspecto que é fácil de dobrar e perder estabilidade. Combinado com a camada dielétrica de gel iônico, o sensor tem alta linearidade (R2 ~ 0,999) e alta sensibilidade (33,16 kPa ^-1 ) em uma ampla faixa de pressão de 12-176 kPa.

Os micropilares passam por três estágios de deformação sob pressão; contato inicial (0-6 kPa), flambagem estrutural (6-12 kPa) e estágio pós-flambagem (12-176 kPa). Na fase pós-flambagem, o sinal exibe alta linearidade e alta sensibilidade.

A alta linearidade reside na combinação do módulo do eletrodo da estrutura micropilares e da camada dielétrica. Os micropilares são feitos de polidimetilsiloxano (PDMS) de borracha de silicone com módulo de elasticidade de 1 MPa, e o módulo de elasticidade da membrana de gel iônico é de 5 MPa. Por meio da análise de elemento finito (FEA), pode-se saber que um material com um módulo de MPa produzirá uma mudança de área de contato linear quando o material for extrudado com uma estrutura micropilar, que corresponde à sensibilidade linear obtida no experimento.

Além de alta sensibilidade linear, o sensor também tem um limite de detecção baixo (0,9 Pa), baixo tempo de resposta (9 ms), e alta estabilidade (durante 6000 ciclos de compressão / dobra, o sinal permanece estável). De acordo com o desempenho do sensor, eles fazem uma série de experimentos aplicados. Um sensor é conectado ao segmento do dedo médio de uma mão artificial para levantar pesos de diferentes pesos, e o sinal do sensor mostra uma mudança gradual com um aumento uniforme no peso (~ 372 pF / g). Então, vários (21) sensores são anexados ao manipulador para realizar o experimento de agarrar o objeto. A matriz de sensores pode refletir melhor a distribuição de pressão do objeto agarrado. O sensor também é usado na detecção da artéria radial humana, e o sinal de pulso é relativamente estável sob diferentes pré-pressões (10,23 ~ 17,75 kPa), como mostrado na Fig. 3. No teste de distribuição de pressão plantar, a matriz de sensores pode realçar claramente a diferença de distribuição de pressão em diferentes estados.

A alta sensibilidade de linearidade do sensor é derivada do projeto da estrutura micropilar de superfície e da combinação das propriedades mecânicas dos eletrodos e materiais dielétricos. A combinação do princípio de estabilidade de Euler, A caracterização de FEA e microscopia eletrônica de varredura (MEV) explica a razão para a sensibilidade linear. O experimento de levantamento de peso e o experimento de agarrar do manipulador, detecção de pulso humano e teste de distribuição de pressão plantar mostram que o sensor tem grande potencial de aplicação nos campos de robôs inteligentes, interação humano-computador, e monitoramento de saúde. Este trabalho também fornece novas idéias de design para a pesquisa de sensores lineares flexíveis.