Robust all-fabric e-skin with high-temperature and corrosion tolerance for self-powered tactile sensing

材料科学 腐蚀 复合材料 自愈 皮肤温度 纳米技术 冶金 生物医学工程 工程类 医学 替代医学 病理
作者
Tao Jin,Weitao Zhao,Xinran Zhou,Jiwei Zhang,Yufan Zhang,Minghui Fan,Mengjie Wu,Luyun Liu,Zijie Zhou,Hong Long Zhu,Jiaqing Xiong
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:128: 109930-109930 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109930
摘要

Electronic skins (e-skins) for monitoring human and robot activities under extreme circumstances are significant for human-machine interaction in multiple scenarios, which is challenging to realize on fabric/textile materials. Herein, a core filling-encapsulation strategy for multi-layer weaving is explored to achieve a triboelectric triple-layer sandwich woven e-skin (TSW e-skin) for durable self-powered sensing in extreme environments. To construct a robust structure with environment adaptability, ultra-high molecular weight polyethylene (UPE) fibers or polyimide (PI) fibers are integrated into the triple-layer sandwich woven to provide mechanical/thermal/chemical stability, and carbon fibers (CF) are protectively embedded as a core layer for electricity collection, heat management and adaptive sensing. Hydrophobic encapsulation is improved by polydimethylsiloxane (PDMS) thin coating with morphology and mechanical compliances. The TSW e-skin demonstrates excellent mechanical strength (∼20 MPa) and thermal stability (154.5 ℃), durable superhydrophobicity (>150°), and corrosion resistance (pH 1–13), which demonstrates an open-circuit voltage of 53 V and maintains electrically stable at above 150 ℃. The weaving structure enables the e-skin regulatable electrode patterns for sensitive motion perception and touch identification for human and robotic limbs, with real-time tactile feedback even under extreme scenarios. This robust all-fabric e-skin proposes a common strategy for human-robot perception in harsh environments.
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