Hochsensitiv tragbare Drucksensoren basierend auf dreiteiligen geschachtelten Faltenmikrostrukturen von Polypyrrol-Filmen

Drucksensoren haben eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich tragbarer Geräte und elektronischer Haut. Um die praktischen Anwendungen zu erfüllen, sind Drucksensoren mit hoher Sensitivität, einer niedrigen Erkennungsgrenze und kostengünstiger Herstellung äußerst erforderlich. Hier stellen wir hochsensitive Drucksensoren her, die auf hierarchisch strukturierten Polypyrrol (PPy)-Filmen basieren, die aus dreiteiligen geschachtelten Oberflächenfaltenmikrostrukturen durch einen einfachen Prozess bestehen. Nämlich werden doppelt geschachtelte Falten durch in situ Selbstfaltung während des oxidativen Polymerisationswachstums des PPy-Films auf einem elastischen Poly(dimethylsiloxan)-Substrat in der gemischten sauren Lösung erzeugt. Nachfolgend induziert die Wärme-/Kühlverarbeitung die dritte Oberflächenfaltung und somit die kontrollierte Bildung von dreiteiligen geschachtelten Faltenmikrostrukturen. Die multiskaligen geschachtelten Mikrostrukturen kombiniert mit stimulusreaktiven Eigenschaften und der selbstadaptiven Fähigkeit von Falt morphologien in PPy-Filmen bieten den hergestellten piezoresistiven Drucksensoren eine hohe Sensitivität (19,32 kPa–1), eine niedrige Erkennungsgrenze (1 Pa), eine ultrafast Antwort (20 ms) und hervorragende Haltbarkeit und Stabilität (mehr als 1000 Zyklen), diese umfassenden Empfindlichkeitseigenschaften sind höher als die in der Literatur berichteten Ergebnisse. Darüber hinaus wurden die Drucksensoren erfolgreich im Bereich tragbarer Elektronik (z. B. Pulsdetektion und Spracherkennung) und Mikroschaltungssteuerung angewendet, wie hier demonstriert wird.