High-Sensitivity Triboelectric Pressure Sensor with Dual-Microcone Synergistic Enhancement for Wearable Electronics and Biomechanical Monitoring

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作者
Yukun Zhu,Dongying Wang,Guanghao Gao,Peng Wang,Ronglai Liu,Aijun Zhao,Jianfeng Liu,Chuizhou Meng,Haiyan Shao
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (15): 7226-7236 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsaelm.5c01005
摘要

Flexible triboelectric pressure sensors have demonstrated significant potential in wearable electronics, electronic skin, human–machine interaction, and robotic tactile sensing. However, the inherent trade-off between sensitivity and dynamic response range remains a critical bottleneck for practical applications. Current research predominantly focuses on enhancing sensitivity through either single-layer microstructure optimization or rigid electrode materials while overlooking the contribution of multilayer heterogeneous structures to the mechano-electrical synergistic effect. Conventional designs employing single-layer or porous architectures are significantly constrained by stress dissipation effects, which substantially limit the detection threshold and response linearity. This study proposes a four-layer composite structural sensor design based on bionic microcone synergistic enhancement. The design features a dual-microstructure dynamic coupling system comprising a metal electrode, silicone rubber triboelectric layer, and a polydimethylsiloxane (PDMS) stress conduction layer, enabling precise force signal transmission and full-field mapping. Experimental results demonstrate that the proposed design exhibits nonlinear sensitivity grading characteristics within the 0–50 kPa range, achieving a 2.3-fold enhancement compared to conventional single-microstructure sensors (without dedicated stress conduction layers) while reducing the hysteresis error to 8.7%.
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