Wearable, Ultrawide-Range, and Bending-Insensitive Pressure Sensor Based on Carbon Nanotube Network-Coated Porous Elastomer Sponges for Human Interface and Healthcare Devices

材料科学 弹性体 压力传感器 弯曲 碳纳米管 可穿戴计算机 微型多孔材料 纳米技术 触觉传感器 抗弯刚度 复合材料 计算机科学 机械工程 人工智能 嵌入式系统 工程类 机器人
作者
Seung‐Hwan Kim,Morteza Amjadi,Tae‐Ik Lee,Yongrok Jeong,Donguk Kwon,Min Seong Kim,Kyuyoung Kim,Taek‐Soo Kim,Yong Suk Oh,Inkyu Park
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (26): 23639-23648 被引量:230
标识
DOI:10.1021/acsami.9b07636
摘要

Flexible and wearable pressure sensors have attracted a tremendous amount of attention due to their wider applications in human interfaces and healthcare monitoring. However, achieving accurate pressure detection and stability against external stimuli (in particular, bending deformation) over a wide range of pressures from tactile to body weight levels is a great challenge. Here, we introduce an ultrawide-range, bending-insensitive, and flexible pressure sensor based on a carbon nanotube (CNT) network-coated thin porous elastomer sponge for use in human interface devices. The integration of the CNT networks into three-dimensional microporous elastomers provides high deformability and a large change in contact between the conductive CNT networks due to the presence of micropores, thereby improving the sensitivity compared with that obtained using CNT-embedded solid elastomers. As electrical pathways are continuously generated up to high compressive strain (∼80%), the pressure sensor shows an ultrawide pressure sensing range (10 Pa to 1.2 MPa) while maintaining favorable sensitivity (0.01–0.02 kPa–1) and linearity (R2 ∼ 0.98). Also, the pressure sensor exhibits excellent electromechanical stability and insensitivity to bending-induced deformations. Finally, we demonstrate that the pressure sensor can be applied in a flexible piano pad as an entertainment human interface device and a flexible foot insole as a wearable healthcare and gait monitoring device.
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