Fully flexible and mechanically robust tactile sensors containing core–shell structured fibrous piezoelectric mat as sensitive layer

材料科学 压电 复合材料 热塑性聚氨酯 触觉传感器 弹性(物理) 电极 稳健性(进化) 弹性体 机器人 计算机科学 生物化学 化学 物理化学 人工智能 基因
作者
Caizhuo Wei,Hongwei Zhou,Bohui Zheng,Huihui Zheng,Qinsi Shu,Haotian Du,Aijie Ma,Hanbin Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:476: 146654-146654 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146654
摘要

Tactile sensors based on poly(vinylidene fluoride) (PVDF) are widely investigated, but their flexibility and mechanical robustness are limited due to the poor elasticity of PVDF. Herein, fully flexible and mechanically robust tactile sensors with a sandwich-like structure are fabricated by introducing a core–shell structured fibrous piezoelectric mat between two fibrous TPU/AgNWs (TPU: thermoplastic polyurethane, AgNWs: silver nanowires) flexible electrodes. The piezoelectric mat works as the sensitive layer, in which TPU is designed as the elastic skeleton in the core of fibers to enhance the mechanical properties while PVDF is wrapped on TPU fiber as a piezoelectric component. The core–shell structured TPU/PVDF mat has achieved improved elasticity and stretchability and excellent piezoelectric effects are demonstrated (sensitivity: 95.8 mV N−1). Because of the flexibility of both sensitive layer and electrodes, the tactile sensors have achieved an elongation of 300 %, excellent elasticity, a sensitivity of 20.3 mV N−1 and stable sensing in more than 2,000 cycles. Interestingly, such tactile sensors also exhibit outstanding mechanical robustness and have the ability to properly respond to mechanical stimuli in deformed states. Various pressures generated in daily life (e.g., hand slapping, feather brushing, joint bending, blowing, vocal cord vibration and writing) are successfully monitored utilizing such tactile sensors. Overall, this work has provided a new clue to regulate the flexibility and mechanically robustness of tactile sensors.
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