Carbon Nanotube Network Topology-Enhanced Iontronic Capacitive Pressure Sensor with High Linearity and Ultrahigh Sensitivity

材料科学 碳纳米管 灵敏度(控制系统) 电容感应 线性 压力传感器 纳米技术 拓扑(电路) 网络拓扑 光电子学 电子工程 电气工程 计算机科学 机械工程 操作系统 工程类
作者
Jiawei Zhao,Haoyu Guo,Haiyang Liu,Tongqiang Fu,Wenzhe Zhou,Zicai Zhu,Qiao Hu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (40): 47327-47337 被引量:42
标识
DOI:10.1021/acsami.3c10100
摘要

Flexible capacitive pressure sensors with high sensitivity over a wide pressure range are highly anticipated in the fields of tactile perception and physiological signal monitoring. However, despite the introduction of microstructures on the electrolyte layer, the deformability is still limited due to the size limitation of the microstructures, making it difficult to significantly improve the sensitivity of iontronic capacitive pressure sensors (ICPSs). Here, we propose an innovative strategy of combining carbon nanotubes (CNTs) topological networks and ionic hydrogel micropyramid array microstructures that can significantly enhance the sensitivity of flexible ICPSs for ultrasensitive pressure detection. Compared with other previously reported ICPSs, the sensor developed in this work exhibits an unprecedented sensitivity (Smin > 1050 kPa-1) and a high linear response (R2 > 0.99) in a wide pressure range (0.03-28 kPa) enabled by CNT percolation networks inside the microstructred electrolyte layer. This ultrasensitive and flexible ICPS also can effectively detect pressure from a variety of sources, including sound waves, lightweight objects, and tiny physiological signals, such as pulse rate and heartbeat. This work provides a general strategy to achieve an ICPS with both broader pressure-response range and higher sensitivity, which provides a stable and efficient way for a low-cost, scalable sensor for sensitive tactile sensing in human-computer interaction applications.
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