Enhanced Sensitivity of Iontronic Graphene Tactile Sensors Facilitated by Spreading of Ionic Liquid Pinned on Graphene Grid

石墨烯 材料科学 离子液体 电容 纳米技术 电极 电容感应 离子键合 光电子学 离子 电气工程 化学 生物化学 工程类 物理化学 有机化学 催化作用
作者
Joo Sung Kim,Seung‐Chul Lee,Jinhyun Hwang,Eunho Lee,Kilwon Cho,Sung‐Jin Kim,Do Hwan Kim,Wi Hyoung Lee
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (14) 被引量:52
标识
DOI:10.1002/adfm.201908993
摘要

Abstract Iontronic graphene tactile sensors (i‐GTS) composed of a top floating graphene electrode and an ionic liquid droplet pinned on a bottom graphene grid, which can dramatically enhance the performance of capacitive‐type tactile sensors, are presented. When mechanical stress is applied to the top floating electrode, the i‐GTS operates in one of the following three regimes: air–air, air–electric double layer (EDL) transition, or EDL–EDL. Once the top electrode contacts the ionic liquid in the i‐GTS, the spreading behavior of the ionic liquid causes a capacitance transition (from a few pF to over hundreds of pF). This is because EDLs are formed at the interfaces between the electrodes and the ionic liquid. In this case, the pressure sensitivity increases to ≈31.1 kPa −1 with a gentle touch. Under prolonged application of pressure, the capacitance increases gradually, mainly due to the contact line expansion of the ionic liquid bridge pinned on the graphene grid. The sensors exhibit outstanding properties (response and relaxation times below 80 ms, and stability over 300 cycles) while demonstrating ultimate signal‐to‐noise ratios in the array tests. The contact‐induced spreading behavior of the ionic liquid is the key for boosting the sensor performance.
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