Topological Gradients for Metal Film-Based Strain Sensors

材料科学 灵敏度(控制系统) 拓扑(电路) 拉伤 金属 弹性体 复合材料 纳米技术 光电子学 电子工程 冶金 电气工程 医学 内科学 工程类
作者
Ting Zhu,Kai Wu,Yun Xia,Chao Yang,Jiaorui Chen,Yaqiang Wang,Jinyu Zhang,Xiong Pu,Gang Liu,Jun Sun
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (16): 6637-6646 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c01967
摘要

Metal film-based stretchable strain sensors hold great promise for applications in various domains, which require superior sensitivity-stretchability-cyclic stability synergy. However, the sensitivity-stretchability trade-off has been a long-standing dilemma and the metal film-based strain sensors usually suffer from weak cyclic durability, both of which significantly limit their practical applications. Here, we propose an extremely facile, low-cost and spontaneous strategy that incorporates topological gradients in metal film-based strain sensors, composed of intrinsic (grain size and interface) and extrinsic (film thickness and wrinkle) microstructures. The topological gradient strain sensor exhibits an ultrawide stretchability of 100% while simultaneously maintaining a high sensitivity at an optimal topological gradient of 4.5, due to the topological gradients-induced multistage film cracking. Additionally, it possesses a decent cyclic stability for >10 000 cycles between 0 and 40% strain enabled by the gradient-mixed metal/elastomer interfaces. It can monitor the full-range human activities from subtle pulse signals to vigorous joint movements.
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