基于拓扑结构调控介电弹性纳米复合材料的高灵敏应变传感器
应用物理
2021-10-12 v1 材料科学
摘要
柔性应变传感器对人机界面、软体机器人、人体运动检测及部件安全监测等若干潜在智能应用至关重要。可拉伸功能材料是应变传感器的重要组成，但其仍是高性能应变传感器的主要挑战。本文中，我们通过开发拓扑结构调控的高介电常数弹性纳米复合材料，展示了一种设计和优化柔性应变传感器的全新策略。具有三相渗流纳米-纳米网络状的拓扑结构产生了空间电荷增强与局部电场调控的协同效应，从而带来超高介电常数（113.4，于 1 kHz，较商用弹性聚氨酯基体增强超 1500%）和优异的综合机电性能，最优综合机电性能达 542.91 MPa⁻¹，是商用聚氨酯弹性薄膜的 9 倍以上。利用该拓扑结构弹性介电纳米复合材料设计了一种叉指电容式应变传感器。其具有高初始电容密度和随应变的正电容响应，实现了高信噪比、高电容响应灵敏度和宽线性范围，突破了传统叉指应变传感器负灵敏度和窄线性范围的缺点。所制备的集成应变传感器阵列能够测量弯曲表面的局部应变并实时监测软体驱动器的运动，将为智能控制系统和形态智能研究创造条件。
引用
@article{arxiv.2110.04949,
title = {Highly sensitive strain sensor from topological-structure modulated dielectric elastic nanocomposites},
author = {Youjun Fan and Zhonghui Shen and Xinchen Zhou and Zhenkang Dan and Le Zhou and Weibin Ren and Tongxiang Tang and Shanyong Bao and Cewen Nan and Yang Shen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.04949},
year = {2021}
}