分會

第五十四分會：仿生材料化學(xué)

摘要

近年來，因壓力傳感器在健康實(shí)時監(jiān)測，人機(jī)交互界面和人工智能領(lǐng)域等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而備受科學(xué)家們的關(guān)注。然而，如何提高壓力傳感器的性能，尤其是與應(yīng)用密切相關(guān)的靈敏度和檢測下線，一直是一個巨大的問題。針對上述問題，我們報道了一種光增強(qiáng)的超靈敏壓力傳感器。我們將玫瑰花表面的多級結(jié)構(gòu)引入到壓力傳感器的基底層中，又結(jié)合了導(dǎo)電層中聚吡咯的納米皺紋結(jié)構(gòu)，由此創(chuàng)造出一種從毫米級到納米級的嵌套多級結(jié)構(gòu)（來自玫瑰花模板的結(jié)構(gòu)：納米褶，微米柱和毫米級的葉脈；來自聚吡咯的原位起皺結(jié)構(gòu)：納米皺紋）。該結(jié)構(gòu)賦予了傳感器優(yōu)異的綜合性能，例如超高的靈敏度（70 KPa-1, ＜0.5 KPa），超低的檢測下限（0.88 Pa），較寬的檢測范圍（0.88 Pa-32 KPa）和快速的響應(yīng)（30 ms）。更進(jìn)一步地，我們發(fā)現(xiàn)通過簡單的光照，我們可以將壓力傳感器的靈敏度進(jìn)一步地提升至120 KPa-1并且將檢測下限降低至0.41 Pa。這種光增強(qiáng)的電性能來源于兩方面。一方面，由于聚吡咯出色的光熱效應(yīng)，壓力傳感器在光照過程中發(fā)生熱膨脹的同時增加了多級結(jié)構(gòu)的形變能力，使得多級結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生更緊密的貼合，從而形成了更多的導(dǎo)電通路。另一方面，聚吡咯的光電流效應(yīng)在光照的條件下得以產(chǎn)生。兩者的協(xié)同效應(yīng)導(dǎo)致了光照過程中電流的大幅度提高。這種靈活的光控方法已應(yīng)用于壓力傳感器陣列的遠(yuǎn)程控制和選區(qū)調(diào)節(jié)。這種光控的策略和多級結(jié)構(gòu)的引入有望用來設(shè)計下一代的多功能可穿戴式電子設(shè)備。

關(guān)鍵詞

壓力傳感器;生物模板;表面起皺;高靈敏度;光增強(qiáng)

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