基于电纺聚酰亚胺纳米纤维膜的柔性电容式压力传感器

　　厦门大学吴德志Org. Electron.：基于电纺聚酰亚胺纳米纤维膜的柔性电容式压力传感器
　　DOI:10.1016/j.orgel.2020.105759
　　本文提出了一种基于电纺聚酰亚胺（PI）纳米纤维膜作为介电层的柔性电容式压力传感器，由于该装置松散的结构，其灵敏度、检测极限和响应速度等性能都得到了改善。测试了电纺PI纳米纤维膜、商用PI带和PDMS膜作为介电层的性能，并探索了不同厚度的PI纳米纤维膜以优化介电层。具有这种介电层的传感器表现出高灵敏度（在3.5-4.1 Pa时为2.204 kPa-1）、宽量程（0-1.388 MPa）、低检测极限（3.5 Pa）和良好的循环稳定性（>10000次循环）。典型的4×4传感器阵列不仅可以准确地检测相应的力，而且可以通过监测元件的动态电容变化来识别力的滑动。
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　　图1.四针远场静电纺丝装置的示意图。
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　　图2.电容式压力传感器测试平台。
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　　图3.（a）电容式压力传感器的结构图。（b）在PI纳米纤维膜、PDMS和PI带分别作为介电层的情况下，电容变化与压力之间的关系；（c）在不同厚度（53 µm，63µm，93µm，138µm和150µm）PI纳米纤维膜作为介电层的情况下，电容变化与压力之间的关系。
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　　图4.基于135 µm PI纳米纤维膜介电层的电容式压力传感器阵列：（a）结构图； （b）两个随机感应元件的常压与电容变化之间的关系；（c）动态响应和恢复过程。
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　　图5.（a）在不同压力（1.67 kPa-277.78 kPa）下电容阵列中感应元件的多重动态响应；（b）在0.83 kPa下进行1×104循环动态重复性测试。
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　　图6.（a）在不同小物体压力下的传感器阵列归一化图：粉色花朵勿忘我50.2 mg（13.9 Pa），小木棍24.0 mg（6.7 Pa），小麦胚芽17.5 mg（4.9 Pa），黄色小花14.7 mg（4.1 Pa）和干芽12.5 mg（3.5 Pa）；（b）在压力（4.1 Pa，6.7 Pa和13.9 Pa）下的动态响应图。
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　　图7.不同按压条件的图片及其在两个（a，b）、三个（c，f）和四个（e，f）感应元件上的响应。
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　　图8.在传感器阵列上放置滴眼液瓶（a，b）、荔枝（c，d）和固体胶棒（e，f）的照片及其响应图。
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　　图9.对应于传感器阵列，在铁半球上向负x轴方向（a，b），x与y轴之间的45°角（c，d），y轴正方向施加力的照片和电容变化图（e，f）。
　　链接地址：http://www.espun.cn/News/Detail/43242
　　文章来源：易丝帮