Artykuł metodologiczny

Zwiększenie czułości miękkich pojemnościowych czujników ciśnienia przy użyciu techniki kontroli porowatości opartej na parowaniu rozpuszczalnika

DOI:

10.3791/65143

⸱

24 marca 2023

 ,  ,  ,  , 
1State Key Laboratory of Industrial Control Technology, College of Control Science and Engineering, Zhejiang University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przedstawiono prostą i opłacalną metodę wytwarzania opartą na technice odparowywania rozpuszczalnika, która optymalizuje wydajność miękkiego pojemnościowego czujnika ciśnienia, co jest możliwe dzięki kontroli porowatości w warstwie dielektrycznej przy użyciu różnych stosunków masowych roztworu PDMS / toluenu.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Miękkie czujniki nacisku odgrywają znaczącą rolę w rozwijaniu wrażeń dotykowych "człowiek-maszyna" w miękkiej robotyce i interfejsach dotykowych. W szczególności czujniki pojemnościowe z mikrostrukturalnymi matrycami polimerowymi zostały zbadane ze znacznym wysiłkiem ze względu na ich wysoką czułość, szeroki zakres liniowości i szybki czas reakcji. Jednak poprawa wydajności wykrywania często zależy od projektu konstrukcyjnego warstwy dielektrycznej, który wymaga zaawansowanych urządzeń do mikrowytwarzania. W tym artykule opisano prostą i tanią metodę wytwarzania porowatych pojemnościowych czujników ciśnienia o zwiększonej czułości przy użyciu metody opartej na parowaniu rozpuszczalnika w celu dostrojenia porowatości. Czujnik składa się z porowatej warstwy dielektrycznej z polidimetylosiloksanu (PDMS) połączonej z górną i dolną elektrodą wykonaną z elastycznych przewodzących kompozytów polimerowych (ECPC). Elektrody przygotowano za pomocą skrobania nanorurek węglowych (CNT) domieszkowanych zawiesiną przewodzącą PDMS w foliach PDMS o wzorze formy. Aby zoptymalizować porowatość warstwy dielektrycznej w celu zwiększenia wydajności wykrywania, roztwór PDMS rozcieńczono toluenem o różnych frakcjach masowych zamiast filtrować lub mielić środek tworzący pory cukrowe (PFA) do różnych rozmiarów. Odparowanie rozpuszczalnika toluenowego umożliwiło szybkie wytworzenie porowatej warstwy dielektrycznej o kontrolowanej porowatości. Potwierdzono, że czułość może być zwiększona dwukrotnie, gdy stosunek toluenu do PDMS zostanie zwiększony z 1:8 do 1:1. Badania zaproponowane w niniejszej pracy umożliwiają tanią metodę wytwarzania w pełni zintegrowanych bionicznych miękkich chwytaków robotycznych z miękkimi mechanoreceptorami sensorycznymi o regulowanych parametrach sensorycznych.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W ostatnich latach elastyczne czujniki ciśnienia przyciągają uwagę ze względu na ich nieodzowne zastosowanie w miękkiej robotyce1,2,3, interfejsy haptyczne "człowiek-maszyna"4,5, oraz monitorowanie zdrowia6,7,8. Ogólnie rzecz biorąc, mechanizmy wykrywania ciśnienia obejmują piezorresistive1,4,7, piezoelectric2,6, capacitive2,3,9,10,11,12,13 oraz triboelectric8 czujników. Wśród nich pojemnościowe czujniki ciśnienia wyróżniają się jako jedna z najbardziej obiecujących metod wykrywania dotykowego ze względu na ich wysoką czułość, dolną granicę wykrywalności (LOD) itp.

Dla lepszej wydajności wykrywania, różne mikrostruktury, takie jak mikropiramidy2,9,14, mikrofilary15, oraz mikropory9,10,11,12,13,16,17 zostały wprowadzone do elastycznych pojemnościowych czujników ciśnienia, a metody produkcji zostały również zoptymalizowane, aby jeszcze bardziej poprawić wydajność wykrywania takich konstrukcji. Jednak większość z tych konstrukcji wymaga zaawansowanych urządzeń do mikrofabrykacji, co znacznie zwiększa koszty produkcji i trudności operacyjne. Na przykład, jako najczęściej stosowana mikrostruktura w miękkich czujnikach ciśnienia, mikropiramidy opierają się na litograficznie zdefiniowanych i wytrawionych na mokro płytkach Si jako szablonie formowania, co wymaga precyzyjnego sprzętu i ścisłego środowiska w pomieszczeniu czystym9,14. Dlatego ostatnio coraz większą uwagę przyciągają struktury mikroporowe (struktury porowate), które można wytworzyć za pomocą prostych procesów produkcyjnych i przy użyciu tanich surowców przy zachowaniu wysokiej wydajności wykrywania9,10,11,12,13,16,17. Zostanie to omówione, wraz z wadami zmiany PFA i jego ilości, jako motywacja do stosowania naszej metody kontroli frakcji.

Tutaj, ta praca proponuje prostą i tanią metodę opartą na technice odparowywania rozpuszczalnika do produkcji porowatego, elastycznego pojemnościowego czujnika ciśnienia o kontrolowanej porowatości. Cały proces produkcyjny obejmuje wytwarzanie porowatej warstwy dielektrycznej PDMS, powłokę skrobającą elektrod oraz łączenie trzech warstw funkcjonalnych. W szczególności praca ta w innowacyjny sposób wykorzystuje mieszany roztwór PDMS / toluenu o określonym stosunku masowym do wytworzenia porowatej warstwy dielektrycznej PDMS na podstawie szablonu mieszaniny cukru i erytrytolu. Tymczasem jednolita wielkość cząstek PFA zapewnia jednolitą morfologię i rozmieszczenie porów; w ten sposób porowatość można kontrolować, zmieniając stosunek masowy PDMS do toluenu. Wyniki eksperymentalne pokazują, że czułość proponowanego czujnika ciśnienia można zwiększyć ponad dwukrotnie poprzez zwiększenie stosunku masy PDMS do toluenu z 1:8 do 1:1. Różnice w grubości ścianek mikroporów spowodowane różnymi stosunkami masowymi PDMS do toluenu są również potwierdzone na obrazach z mikroskopu optycznego. Zoptymalizowany miękki pojemnościowy czujnik ciśnienia wykazuje wysoką wydajność wykrywania z czułością i czasem reakcji wynoszącymi odpowiednio 3,47% kPa-1 i 0,2 s. Ta metoda pozwala na szybkie, tanie i łatwe w obsłudze wytwarzanie porowatej warstwy dielektrycznej o kontrolowanej porowatości.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Produkcja miękkiego pojemnościowego czujnika ciśnienia z porowatą warstwą dielektryczną PDMS

  1. Wytwarzanie porowatej warstwy dielektrycznej PDMS
    1. Przygotuj porowatą matrycę cukru/erytrytolu, wykonując poniższe czynności.
      1. Cukier przefiltrować za pomocą sitek do próbek o oczkach 270 μm i 500 μm. Wybrać cukier o średnicy cząstek w zakresie 270-500 μm.
        UWAGA: Dopuszczalna jest również większa lub mniejsza wielkość cząstek cukru, o ile jednorodność mieści się w granicach tolerancji. Średnica cząsteczki cukru wpłynie na wielkość porów porowatej warstwy PDMS wytworzonej w późniejszym etapie, ale nie określi całkowicie wielkości porów.
      2. Zmiel erytrytol (patrz Tabela materiałów) na proszek, aby zapewnić bardziej równomierne wymieszanie z cukrem.
      3. Odważyć pewną ilość przefiltrowanego cukru i erytrytolu w proszku o stosunku masowym 20:1. Wstrząśnij, aby równomiernie je wymieszać.
      4. Wlej mieszaninę cukru/erytrytolu do uzyskanej w handlu metalowej formy z cukrem/erytrytolem (patrz tabela materiałów). Dociśnij powierzchnię, aby wypełniacz był kompaktowy.
        UWAGA: Aby zapewnić łatwe wyjęcie z formy w następnym kroku, warstwę folii Al można umieścić w formie przed cukrem/erytrytolem.
      5. Podgrzej formę z mieszaniną cukru i erytrytolu w piecu konwekcyjnym w temperaturze 135 °C przez 2 godziny, jak pokazano na Rysunek 1A. Po schłodzeniu w temperaturze pokojowej wyjmij cukier w kawałkach (tj. porowaty szablon).
    2. Wykonaj warstwę dielektryczną PDMS o kontrolowanej porowatości.
      1. Odważyć 5 g toluenu, 5 g zasady PDMS i 0,5 g utwardzacza PDMS (patrz tabela materiałów) w probówce wirówkowej (tj. stosunek masowy zasady PDMS/toluenu/utwardzacza wynosi 10:10:1). Równomiernie wymieszać roztwór.
        UWAGA: Stosunek masowy roztworu bazowego PDMS do utwardzacza jest ustalony na 10:1, podczas gdy stosunek masowy PDMS do toluenu służy do kontrolowania porowatości warstwy dielektrycznej PDMS. Porowatość zmniejsza się wraz ze wzrostem frakcji PDMS. Minimalną porowatość uzyskuje się, gdy nie dodaje się toluenu.
      2. Odwirować roztwór o stężeniu 875 x g przez 30 s w temperaturze pokojowej w celu usunięcia pęcherzyków powietrza.
        UWAGA: Jeśli objętość roztworu jest duża, roztwór można przygotować w zlewce. Obróbkę odśrodkową zastępuje odgazowanie próżniowe przez 15 minut.
      3. Umieścić kwadratową porowatą matrycę cukru/erytrytolu otrzymaną w kroku 1.1.1 na szalce Petriego. Włóż taśmę dwustronną jako przekładki pod czterema rogami, aby podnieść szablon z powierzchni szalki Petriego.
        UWAGA: Szablon można również umieścić na płytce Si, ale ta metoda doprowadzi do powstania grubszej warstwy PDMS na interfejsie między szablonem a płytką Si, co może wpłynąć na wydajność czujnika.
      4. Wlej roztwór PDMS/toluenu na szablon i lekko pochyl szalkę Petriego, tak aby roztwór mógł całkowicie wypełnić wszystkie luki między cząstkami cukru, jak pokazano na Rysunek 1B.
      5. Umieścić szalkę Petriego z porowatym szablonem wypełnionym roztworem PDMS/toluenu w eksykatorze próżniowym i odgazowywać przez 20 minut.
      6. Przenieść szalkę Petriego z eksykatora próżniowego do pieca w temperaturze 90 °C na 45 minut w celu odparowania toluenu i utwardzenia ciekłego PDMS.
      7. Zanurz utwardzony PDMS osadzony w porowatym szablonie w wodzie dejonizowanej (woda DI), jak pokazano na Rysunek 1C. Podgrzewać na gorącej płycie w temperaturze 140 °C, aż szablon cukru całkowicie się rozpuści. Oczyść porowaty PDMS wodą DI.
  2. Wytwarzanie elastycznych warstw elektrod w oparciu o ECPC
    1. Zsyntetyzuj atrament ECPC.
      1. Odważyć 0,16 g nanorurek węglowych (średnica: 10-20 nm, długość: 10-30 μm, patrz tabela materiałów) i 4 g toluenu w zlewce i mieszać magnetycznie z prędkością 250 obr./min przez 1,5 godziny. W międzyczasie odważyć 2 g zasady PDMS i 2 g toluenu do zlewki i mieszać magnetycznie z prędkością 200 obr./min przez 1 godzinę. Przykryj zlewkę folią uszczelniającą, mieszając, aby zapobiec parowaniu rozpuszczalnika.
      2. Wymieszać zawiesinę CNT/toluenu z roztworem zasady PDMS/toluenu i przykryć zlewkę folią uszczelniającą. Mieszać magnetycznie przy 250 obr./min przez 2 godziny.
      3. Do wymieszanego roztworu dodać 0,2 g utwardzacza PDMS. Mieszać magnetycznie w temperaturze 75 °C i 250 obr./min przez 1 godzinę. Odkryj zlewkę do odparowania rozpuszczalnika i stężenia zawiesiny podczas mieszania, jak pokazano na Rysunek 1D, E.
        UWAGA: Czas mieszania i podgrzewania jest regulowany. Lepkość mieszaniny wzrasta wraz z czasem mieszania, co ułatwia następującą operację powlekania skrobanego. Jednak czas trwania nie powinien być zbyt długi, aby zapobiec utwardzeniu roztworu PDMS. Gdy mieszanina zostanie zagęszczona do lepkości dogodnej do skrobania powłoki, proces syntezy atramentu ECPC jest zakończony.
    2. Zeskrob elektrody, wykonując poniższe czynności.
      1. Zważyć toluen, bazę PDMS i utwardzacz PDMS w probówce wirówkowej o stosunku masowym 2:10:1. Równomiernie wymieszaj roztwór.
      2. Odwirować roztwór o stężeniu 875 x g przez 30 s w temperaturze pokojowej w celu usunięcia pęcherzyków powietrza.
      3. Wlej 1,3 g roztworu PDMS/toluenu do uzyskanej na rynku metalowej formy elektrody (patrz Tabela Materiałów) z wytłoczonym wzorem elektrody, jak pokazano na Rysunek 1F.
        UWAGA: Wytłoczony wzór na spodzie formy ma grubość 0,2 mm.
      4. Umieść formę w eksykatorze próżniowym i odgazowuj przez 10 minut.
      5. Utwardź PDMS w formie na gorącej płycie w temperaturze 90 °C przez 15 minut. Po schłodzeniu w temperaturze pokojowej oderwij wzorzystą folię PDMS.
      6. Przymocuj płaską stronę folii PDMS do płytki krzemowej (tj. odsłoń stronę z wzorem elektrody). Upewnij się, że między folią PDMS a płytką Si nie ma pęcherzyków powietrza.
      7. Zeskrob tusz ECPC przygotowany w kroku 1.2.1 do wzoru elektrody, jak pokazuje Rysunek 1G. Wyczyść nadmiar atramentu chusteczką bezpyłową nasączoną alkoholem izopropylowym (IPA).
      8. Utwardzać tusz ECPC na gorącej płycie w temperaturze 90 °C przez 15 minut.
      9. Powtórz kroki 1.2.2.3-1.2.2.8, aby wyprodukować zarówno górną, jak i dolną warstwę elektrody.
  3. Klejenie i pakowanie miękkich czujników pojemnościowych
    1. Przymocuj metalowy drut (patrz Tabela materiałów) do elektrody. Upuść srebrną farbę przewodzącą (patrz tabela materiałów) w miejscu połączenia, aby zapewnić dobrą przewodność, jak pokazano na Rysunek 1H. Poczekaj, aż srebrna farba przewodząca wyschnie w temperaturze pokojowej.
    2. Upuść ciekły roztwór PDMS przygotowany w kroku 1.2.2.1 na złącze, aby całkowicie uszczelnić wysuszoną farbę przewodzącą srebro. Utwardzać PDMS na gorącej płycie w temperaturze 90 °C przez 15 minut.
    3. Powtórz kroki 1.3.1-1.3.2, aby połączyć przewód zarówno dla górnej, jak i dolnej warstwy elektrody.
    4. Nałóż równomiernie cienką warstwę ciekłego PDMS przygotowanego w kroku 1.2.2.1 na folię elektrody jako warstwę adhezyjną do łączenia warstwy elektrody z warstwą dielektryczną.
    5. Umieść porowatą warstwę dielektryczną PDMS wykonaną w kroku 1.1.2 na warstwie elektrody.
    6. Utwardzić klej PDMS na płycie grzejnej w temperaturze 95 °C przez 10 minut. Umieścić szklaną szalkę Petriego na porowatym PDMS, aby zapewnić dobry kontakt między dwiema warstwami podczas ogrzewania.
    7. Powtórz krok 1.3.4 dla drugiej warstwy elektrody. Odwróć połączoną warstwę dielektryczną elektrody uzyskaną w kroku 1.3.6 i umieść ją na drugiej pojedynczej warstwie elektrody (tj. tak, aby porowata warstwa PDMS miała bezpośredni kontakt z warstwą elektrody). Upewnij się, że dwie elektrody są ściśle ustawione naprzeciwko siebie.
    8. Powtórz krok 1.3.6, aby zakończyć wiązanie między porowatą warstwą PDMS a drugą warstwą elektrody.
      UWAGA: Ilustracja końcowego czujnika jest pokazana w Rysunek 1I. Ilustracje budowy i materiałów, z których wykonany jest czujnik, znajdują się na stronie Rysunek 1J.

2. Eksperymentalny proces charakterystyki wydajności czujnika

  1. Konfiguracja obciążenia krokowego i system akwizycji danych
    1. Użyj wydrukowanego w 3D wgłębnika z obszarem załadunku będącym okręgiem o średnicy 2.5 cm do obciążenia ciśnieniowego (patrz Tabela materiałów) testowanego czujnika.
    2. Zamocuj wgłębnik na pionowym liniowym stoliku ruchomym sterowanym silnikiem krokowym (patrz Tabela materiałów) za pomocą standardowego czujnika ciśnienia ciągnięcia.
    3. Zmierz pojemność miękkiego pojemnościowego czujnika ciśnienia za pomocą miernika LCR, jednocześnie rejestrując standardowe dane dotyczące ciśnienia za pomocą urządzenia do akwizycji danych (DAQ). Podłącz zarówno miernik LCR, jak i DAQ do komputera z uruchomionym programem rejestrującym dane LabVIEW (patrz Tabela materiałów).
      UWAGA: Ilustracje konfiguracji eksperymentalnej są pokazane w Rysunek 2. Pomiędzy wgłębnikiem a standardowym czujnikiem ciśnienia ciągnącego umieszczana jest sprężyna, która przekształca przemieszczenie pionowe liniowego stopnia ruchomego na ciśnienie obciążenia.
  2. Testowanie skuteczności wykrywania
    1. Steruj silnikiem krokowym, aby napędzać wgłębnik do przesuwania się w dół w pionie o zaprogramowaną odległość. Zapisuj dane dotyczące pojemności i ciśnienia standardowego, zwiększając siłę obciążenia w tym samym odstępie czasu w każdym kolejnym cyklu obciążenia, aż ciśnienie obciążenia osiągnie 40 N (~80 kPa).
    2. Steruj silnikiem krokowym, aby napędzać wgłębnik tak, aby poruszał się w pionie o taką samą odległość, jak w ostatnim kroku. Zapisz dane dotyczące pojemności i standardowego ciśnienia po ustabilizowaniu się wgłębnika. Powtórz operację, zmniejszając siłę obciążenia w tym samym odstępie czasu; w każdym kolejnym cyklu załadunku ciśnienie obciążenia spada do 0 N.
    3. Steruj silnikiem krokowym, aby napędzać wgłębnik do przesuwania się w dół w pionie o zaprogramowaną odległość. Zapisz dane dotyczące pojemności i standardowego ciśnienia. Powtórz testy załadunku i rozładowania przez 2 500 cykli, rejestrując pojemność testowanego urządzenia (DUT) w funkcji standardowego odczytu ciśnienia.
    4. Kontroluj wgłębnik, aby szybko docisnął i pozostał stabilny przez kilka sekund przed powrotem do obciążenia 0 N. Powtórz to pięć razy i zapisz pojemność w funkcji czasu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zdjęcie porowatego szablonu cukru w grudkach/erytrytolu jest pokazane w Rysunek 3A. Rysunek 3B pokazuje elastyczną warstwę elektrody z pokrytym skrobaniem wzorem ECPC. Rysunek 3C przedstawia miękki pojemnościowy czujnik ciśnienia z porowatą warstwą dielektryczną wykonaną proponowaną metodą. Cztery porowate warstwy dielektryczne PDMS wyprodukowano na bazie roztworów PDMS/toluenu o różnych proporcjach mas odpowiednio 1:1, 3:1, 5...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W niniejszej pracy zaproponowano prostą metodę opartą na odparowywaniu rozpuszczalnika w celu kontrolowania porowatości, a szereg wyników eksperymentalnych dowiódł jej wykonalności. Chociaż porowata struktura jest szeroko stosowana w elastycznym pojemnościowym czujniku ciśnienia, kontrola porowatości nadal wymaga dalszej optymalizacji. W przeciwieństwie do istniejących metod zmiany wielkości cząstek PFA 11,12,13,18,19 i stosunku substratu polimerowego do PFA

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin w ramach Granta 62273304.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Drukarka 3DZhejiang Qidi Technology Co., LtdX-MAX
Druk 3D metarialsZhejiang Qidi Technology Co., LtdFilament do druku 3D PLA 1,75 mm
Nanorurki węglowe (CNT)XFNANOXFM13
Akwizycja danych (DAQ)National InstrumentsUSB6002
Taśma dwustronnaMinnesota Mining i Produkcja (3M)3M VHB 4910
Metalowa forma elektrodyGuangdong Shunde Molarobot Co., LtdTa metalowa forma to okrągła metalowa płyta z płaskim dnem, okrągłym rowkiem i wytłoczonym wzorem elektrody o grubości 0,2 mm w środku rowka.
ErytrytolShandong Sanyuan Biotechnology Co., Ltd.
Alkohol izopropylowy (IPA)Odczynnik chemiczny Sinopharm Co., Ltd80109218
LabVIEWNational InstrumentsLabVIEW 2019
KeysightEA4980AL
Drut metalowyHangzhou Hongtong WIRE& CABLE Co., Sp. z o.o.Mikroskop 2UEW/155
AosviT2-3M180
Oprogramowanie do modelowania numerycznegoCOMSOLCOMSOL Multiphysics 5.6
Polidimetylosiloksan (PDMS)Dow Chemical CompanySYLGAR 184 Zestaw elastomerów silikonowychDwie części (baza i utwardzacz)
Folia uszczelniającaCorningPM-996parafilm
WafelSiSuzhou Crystal Silicon Elektronika i Technology Co., LtdZK20220416-03Średnica (mm): 50,8 +/- 0,3
Typ / orientacja: P / 100
Grubość (&mikro; m): 525 +/- 25
Srebrna farba przewodzącaMikroskopia elektronowa Nauki12686-15
Silnik krokowyBEIJING HAI JIE JIA CHUANG Technology Co., Ltd57H B56L4-30DB
Szablon cukru / erytrytoluGuangdong Shunde Molarobot Co., LtdTa metalowa forma to kwadratowa metalowa płyta o grubości 5 mm z płaskim dnem kwadratowym rowkiem o głębokości 2,5 mm.
ToluenSinopharm odczynnik chemiczny Co., Ltd10022819
o grubości 1 mm Miernik LCR metalowa forma

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ozioko, O., et al. SensAct: The soft and squishy tactile Sensor with integrated flexible actuator. Advanced Intelligent Systems. 3 (3), 1900145(2021).
  2. Qiu, Y., et al. A biomimetic drosera capensis with adaptive decision-predation behavior based on multifunctional sensing and fast actuating capability. Advanced Functional Materials. 32 (13), 2110296(2021).
  3. Ntagios, M., Nassar, H., Pullanchiyodan, A., Navaraj, W. T., Dahiya, R. Robotic hands with intrinsic tactile sensing via 3D printed soft pressure sensors. Advanced Intelligent Systems. 2 (6), 1900080(2019).
  4. Tang, Z., Jia, S., Zhou, C., Li, B. 3D Printing of highly sensitive and large-measurement-range flexible pressure sensors with a positive piezoresistive effect. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (25), 28669-28680 (2020).
  5. Dai, Y., Chen, J., Tian, W., Xu, L., Gao, S. A PVDF/Au/PEN multifunctional flexible human-machine interface for multidimensional sensing and energy harvesting for the internet of things. IEEE Sensors Journal. 20 (14), 7556-7568 (2020).
  6. Yang, Y., et al. Flexible piezoelectric pressure sensor based on polydopamine-modified BaTiO3/PVDF composite film for human motion monitoring. Sensors and Actuators A: Physical. 301, 111789(2020).
  7. Gao, Y. J., et al. Wearable microfluidic diaphragm pressure sensor for health and tactile touch monitoring. Advanced Materials. 29 (39), 1701985(2017).
  8. Meng, K., et al. Flexible weaving constructed self-powered pressure sensor enabling continuous diagnosis of cardiovascular disease and measurement of cuffless blood pressure. Advanced Functional Materials. 29 (5), 180688(2019).
  9. Yang, J. C., et al. Microstructured porous pyramid-based ultrahigh sensitive pressure sensor insensitive to strain and temperature. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (21), 19472-19480 (2019).
  10. Chen, S., Zhuo, B., Guo, X. Large area one-step facile processing of microstructured elastomeric dielectric film for high sensitivity and durable sensing over wide pressure range. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (31), 20364-20370 (2016).
  11. Ding, H., et al. Influence of the pore size on the sensitivity of flexible and wearable pressure sensors based on porous Ecoflex dielectric layers. Materials Research Express. 6 (6), 066304(2019).
  12. Yoon, J. I., Choi, K. S., Chang, S. P. A novel means of fabricating microporous structures for the dielectric layers of capacitive pressure sensor. Microelectronic Engineering. 179, 60-66 (2017).
  13. Wang, J., Li, L., Zhang, L., Zhang, P., Pu, X. Flexible capacitive pressure sensors with micro-patterned porous dielectric layer for wearable electronics. Journal of Micromechanics and Microengineering. 32 (3), 034003(2022).
  14. Mannsfeld, S. C. B., et al. Highly sensitive flexible pressure sensors with microstructured rubber dielectric layers. Nature Materials. 9 (10), 859-864 (2010).
  15. Wan, Y., et al. A highly sensitive flexible capacitive tactile sensor with sparse and high-aspect-ratio microstructures. Advanced Electronic Materials. 4 (4), 1700586(2018).
  16. Kwon, D., et al. Highly sensitive, flexible, and wearable pressure sensor based on a giant piezocapacitive effect of three-dimensional microporous elastomeric dielectric layer. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (26), 16922-16931 (2016).
  17. Li, W., et al. A porous and air gap elastomeric dielectric layer for wearable capacitive pressure sensor with high sensitivity and a wide detection range. Journal of Materials Chemistry C. 8 (33), 11468-11476 (2020).
  18. Kim, J. O., et al. Highly ordered 3D microstructure-based electronic skin capable of differentiating pressure, temperature, and proximity. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (1), 1503-1511 (2019).
  19. Lo, L. W., et al. A soft sponge sensor for multimodal sensing and distinguishing of pressure, strain, and temperature. ACS Applied Materials & Interfaces. 14 (7), 9570-9578 (2022).
  20. Hwang, J., Kim, Y., Yang, H., Oh, J. H. Fabrication of hierarchically porous structured PDMS composites and their application as a flexible capacitive pressure sensor. Composites Part B: Engineering. 211, 108607(2021).
  21. Jung, Y., et al. Linearly sensitive pressure sensor based on a porous multistacked composite structure with controlled mechanical and electrical properties. ACS Applied Materials & Interfaces. 13 (24), 28975-28984 (2021).
  22. Choi, J., et al. Synergetic effect of porous elastomer and percolation of carbon nanotube filler toward high performance capacitive pressure sensors. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (1), 1698-1706 (2020).
  23. Choi, S. J., et al. A polydimethylsiloxane (PDMS) sponge for the selective absorption of oil from water. ACS Applied Materials & Interfaces. 3 (12), 4552-4556 (2011).
  24. Rinaldi, A., Tamburrano, A., Fortunato, M., Sarto, M. S. A flexible and highly sensitive pressure sensor based on a PDMS foam coated with graphene nanoplatelets. Sensors. 16 (12), 2148(2016).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Soft RoboticsPDMS Dielectric LayerCarbon NanotubesConductive Polymer CompositesScrape CoatingTactile Sensing

Powiązane artykuły