Anti-Leakage Iontronic Pressure Sensor with Gradient Microcone Structures for Multifunctional Monitoring

材料科学 压力传感器 压力梯度 复合材料 灵敏度(控制系统) 光电子学 压力测量 工作(物理) 噪音(视频) 声学
作者
Jingxia Huang,Hongyu Ren,Ye Tian,Xiangyu Shan,Limin Ma,Zhangpeng Li,Jinqing Wang
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:11 (6): 5118-5129
标识
DOI:10.1021/acssensors.6c01266
摘要

Iontronic pressure sensors hold great promise for electronic skins and related fields, yet conventional single-microstructure designs struggle to balance sensitivity and linear range, whereas ionic leakage induces signal drift. Herein, we present a highly effective anti-leakage iontronic sensor featuring a surface gradient microcone array. The design leverages the progressive deformation of multilevel microstructures and immobilizes ionic liquids within a thermoplastic polyurethane matrix via hydrogen bonding and electrostatic interactions. By optimizing additives and microstructural parameters, we achieved synergistic control over electromechanical properties and response behavior. The sensor exhibits a high sensitivity of 209 kPa −1 over a wide linear range of 10−200 kPa ( R 2 = 0.997), an ultralow detection limit of 2 Pa, a high-pressure resolution of 12 Pa under an 8 kPa preload, and a low signal drift rate of 4.6% over 3000 cycles. Applications demonstrated include encrypted Morse code transmission, physiological signal monitoring, joint motion recognition, and detection of 5 to 30 μm microvibrations. This work provides a mechanochemical synergistic strategy for designing high-performance flexible pressure sensors.
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