A 3D Composited Flexible Sensor Based on Percolative Nanoparticle Arrays to Discriminate Coupled Pressure and Strain

拉伤 压力传感器 材料科学 纳米颗粒 纳米技术 声学 计算机科学 机械工程 工程类 物理 医学 内科学
作者
L. Ye,Xinlei Li,Xinle Yi,Pan Tang,Minrui Chen
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:23 (13): 5956-5956 被引量:5
标识
DOI:10.3390/s23135956
摘要

Flexible mechanical sensors based on nanomaterials operate on a deformation-response mechanism, making it challenging to discern different types of mechanical stimuli such as pressure and strain. Therefore, these sensors are susceptible to significant mechanical interference. Here, we introduce a multifunctional flexible sensor capable of discriminating coupled pressure and strain without cross-interference. Our design involves an elastic cantilever fixed on the pillar of the flexible main substrate, creating a three-dimensional (3D) substrate, and two percolative nanoparticle (NP) arrays are deposited on the cantilever and main substrate, respectively, as the sensing materials. The 3D flexible substrate could confine pressure/strain loading exclusively on the cantilever or main substrate, resulting in independent responses of the two nanoparticle arrays with no cross-interference. Benefitting from the quantum transport in nanoparticle arrays, our sensors demonstrate an exceptional sensitivity, enabling discrimination of subtle strains down to 1.34 × 10-4. Furthermore, the suspended cantilever with one movable end can enhance the pressure perception of the NP array, exhibiting a high sensitivity of -0.223 kPa-1 and an ultrahigh resolution of 4.24 Pa. This flexible sensor with multifunctional design will provide inspiration for the development of flexible mechanical sensors and the advancement of decoupling strategies.

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