Flexible und hochempfindliche Drucksensoren auf Basis bionischer hierarchischer Strukturen

Das rationale Design von leistungsstarken flexiblen Drucksensoren zieht Aufmerksamkeit auf sich aufgrund der potenziellen Anwendungen in tragbarer Elektronik und Mensch-Maschine-Schnittstellen. Für praktische Anwendungen sind Drucksensoren mit hoher Sensitivität und niedrigem Erfassungsgrenzwert gewünscht. Hier wird ein einfacher Prozess präsentiert, um leistungsstarke Drucksensoren auf Basis biomimetischer hierarchischer Strukturen und hochleitfähiger aktiver Membranen herzustellen. Ausgerichtete Kohlenstoffnanoröhren/Graphen (ACNT/G) werden als aktives Material verwendet, und mikrostrukturierter Polydimethylsiloxan (m-PDMS), der aus natürlichen Blättern geformt wird, dient als flexible Matrix. Die hochleitfähigen ACNT/G-Filme mit einzigartigen koaleszierenden Strukturen, die durch chemische Dampfablagerung direkt gezüchtet werden, können konform auf den m-PDMS-Filmen mit hierarchischen Vorsprüngen beschichtet werden. Flexible ACNT/G-Drucksensoren werden dann konstruiert, indem zwei ACNT/G/PDMS-Filme gegenüberliegend mit der Ausrichtung der ACNTs in den beiden Filmen rechtwinklig zueinander platziert werden. Aufgrund der einzigartigen hierarchischen Strukturen sowohl der ACNT/G- als auch der m-PDMS-Filme zeigen die erhaltenen Drucksensoren eine hohe Sensitivität (19,8 kPa−1, <0,3 kPa), einen niedrigen Erfassungsgrenzwert (0,6 Pa), eine schnelle Reaktionszeit (<16,7 ms), eine niedrige Betriebsspannung (0,03 V) und eine hervorragende Stabilität für mehr als 35.000 Lade-Entlade-Zyklen, was vielversprechende Anwendungen in tragbarer Elektronik verspricht.