Large‐Area 2D Metasurface‐Based Triboelectric E‐Skin Arrays: Contact & Proximity Tactile Mapping with Broadband Acoustic Readouts

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作者
Injamamul Arief,Swagato Sarkar,Anik Kumar Ghosh,Osvalds Verners,Kamal Kumar Meena,Su‐Hyeong Lee,Soosang Chae,Tobias A. F. König,Beate Krause,Andreas Fery,Mehmet Özer,Anindya Nag,Amit Das
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (36): e21525-e21525
标识
DOI:10.1002/adma.202521525
摘要

Recent advances in electromechanically coupled, self-powered, flexible transducer-enabled electronic skins are predominantly driven by the capacitive triboelectric nanogenerators (TENGs), which operate intrinsically as multifunctional sensor-cum-energy harvester. The resulting TENG's operability in cutting-edge wearable technologies can be significantly augmented by introducing 2D dielectric metasurfaces, which optimize functionality through enhanced electromechanical coupling. Here, we introduce a 2D metasurface-TENG e-skin that unifies tactile (contact and inductive) and acoustic sensing in a single ultrathin platform. Large-area nanocone (NC) metasurfaces are engineered on 100 µm polydimethoxysilane (PDMS) films via laser-interference lithography (LIL) and soft molding, which boosts triboelectric charge density and provides optical diffraction cues for strain monitoring. Integrated into a 3 × 3 array, the device delivers real-time tactile pressure imaging with low crosstalk and non-contact proximity detection. The NC-TENG patch also functions as a self-powered acoustic sensor, in which the sound pressure level (SPL) and frequency response are quantified in both spatial and spectral domains over a broad frequency range (∼50-6400 Hz). Compared to pristine PDMS, the metasurface enhances open-circuit voltage by ≈46% under identical loading and sustains stable electrical output. By coupling electromechanical and electro-acoustic transductions with metasurface optics, this work advances multimodal, arrayed e-skins for next-generation human-machine interfaces and wearable sensing.
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