Fast-Response and Broad-Detection-Range Flexible Capacitive Pressure Sensor Based on Origami-Structured Barium Titanate Nanoparticles/Graphene/Silicone Rubber Nanocomposites

材料科学 钛酸钡 纳米复合材料 电容感应 硅橡胶 石墨烯 纳米颗粒 弹性体 硅酮 压力传感器 纳米技术 复合材料 陶瓷 机械工程 工程类 操作系统 计算机科学
作者
Yunong Zhao,Qianqian Wen,Bing Hu,Xingjian Yu,Xingyou Wan,Ziyan Han,Pengxin Wang,Zihan Lin,Xiaowen Zhu,Xishun Ruan,Fei Wu,Weiqiang Hong,Qi Hong,Xiaohui Guo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (30): 43716-43729 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.5c10259
摘要

Flexible pressure sensors are becoming increasingly significant in the realm of wearable devices and human-machine interaction. However, challenges persist in the current status quo, including complicated fabrication processes, mutual constraints of sensitivity and detection range, and slow response times. In this study, we propose a low-cost and simple-to-manufacture flexible pressure sensor (BGSPS). 3D-printed composite origami structures are utilized as the dielectric layer, and the dielectric filler (barium titanate) and conductive filler (graphene) are doped into the dielectric layer to improve the capacitive response. Finite element simulations and practical experiments are utilized to systematically optimize the structural design parameters and investigate the content of the conductive and dielectric fillers. Due to the optimized origami-structured dielectric layer and the introduction of two materials, the BGSPS exhibits fast response/recovery times (25 ms/25 ms), high sensitivity (3.28 kPa–1 in 0–10 kPa), a broad sensing range (0–437.5 kPa), and long-term stability (5000 cycles). Finally, BGSPS-based applications, including human motion monitoring, smart insole systems, and flexible sensing arrays, are demonstrated, proving the potential applications of the sensor in the domains of smart healthcare and human–computer interaction.
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