Highly Sensitive Capacitive Pressure Sensor Based on a Micropyramid Array for Health and Motion Monitoring

材料科学 电容感应 压力传感器 电介质 光电子学 电极 声学 可穿戴计算机 电容 灵敏度(控制系统) 电气工程 电子工程 计算机科学 嵌入式系统 工程类 机械工程 化学 物理 物理化学
作者
Zian Zhang,Xuchun Gui,Qing Hu,Leilei Yang,Rongliang Yang,Bingfang Huang,Bo‐Ru Yang,Zikang Tang
出处
期刊:Advanced electronic materials [Wiley]
卷期号:7 (7) 被引量:97
标识
DOI:10.1002/aelm.202100174
摘要

Abstract Flexible capacitive pressure sensors with simple structure and low power consumption have attracted great interest because of their promising applications in wearable electronics. However, assembling a pressure sensor with high sensitivity, low detection limit, and wide dynamic range is still a big challenge. Here, a sandwich‐like, flexible capacitive pressure sensor is reported with micropyramid array electrode and porous dielectric layer. Under external stimulus pressure, the distance between two electrodes, and dielectric constant of dielectric layer will change simultaneously, resulting in high sensitivity (2.51 kPa −1 ) of the sensor. Due to the micropyramid array electrode, the sensor exhibits low detection limit (2.0 Pa), fast response speed (84 ms), wide working range (>10 kPa), and high stability (>5000 dynamic cycles). Finite‐element analysis also reveals that the larger duty ratio and altitude of micropyramid arrays lead to higher sensor sensitivity. By depicting the deformation of micropyramid during compression, the sensing mechanism of these sensors is discovered, providing a potential direction for developing sensitivity and linear range. Additionally, the sensor has been demonstrated to be efficient in monitoring human motion, such as muscle activation and rope skipping, showing high potential in the field of sport wearable equipment.
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