All-Nanofaser-Ionen-Kapazitive Drucksensor für tragbare Anwendungen

Derzeit werden mit der Entwicklung von elektronischen Haut (e-skins) tragbare Drucksensoren mit niedrigem Energieverbrauch und hervorragender Tragbarkeit für die langfristige Überwachung physiologischer Signale dringend benötigt, stellen jedoch weiterhin eine Herausforderung dar. Kapazitive Geräte sind wünschenswerte Kandidaten für tragbare Anwendungen, aber traditionelle kapazitive Drucksensoren sind durch geringe Kapazität und Empfindlichkeit eingeschränkt. In dieser Studie wird ein voll nanofaseriger ionischer Drucksensor (IPS) entwickelt, und die Bildung einer elektrischen Doppelschicht an der Kontaktoberfläche von Elektroden/Elektrolyt verbessert signifikant die Kapazität und die Sensorik. Der IPS wird hergestellt, indem eine nanofaserige ionische Gel-Sensorschicht zwischen zwei thermoplastischen Polyurethan-Nanofasermembranen mit Graphenelektroden eingelegt wird. Der IPS hat eine hohe Empfindlichkeit von 217,5 kPa-1 im Druckbereich von 0-5 kPa, was deutlich höher ist als bei konventionellen kapazitiven Drucksensoren. In Kombination mit der schnellen Reaktions- und Wiederherstellungsgeschwindigkeit (30 und 60 ms) eignet sich der IPS für die Echtzeitüberwachung mehrerer physiologischer Signale. Darüber hinaus verleiht das Nanofasernetzwerk dem IPS ausgezeichnete Luftdurchlässigkeit und Wärmeableitung, die während des langen Tragens Komfort gewährleisten. Diese Arbeit bietet eine tragfähige Strategie zur Verbesserung der Tragbarkeit tragbarer Sensoren, die die Gesundheitsversorgung und die Mensch-Maschine-Interaktion fördern kann.