重庆大学团队工作， 奇材馆整理

 【引言】

近年来，压力传感器由于其低成本、灵活性、简单的制造工艺、高集成潜力等诸多优点，是可穿戴设备、电子皮肤和人机界面的关键组件。当前，根据其工作机理，压力传感器主要分为四种类型：电容式、压阻式、压电式和摩擦电式。其中，压阻式压力传感器具有低能耗、易操作、易组装以及高灵敏度等多种优势而备受学术界的关注。近来，为了提高压阻式压力传感器的灵敏度，已经探索了不同的微观结构或纳米结构几何形状，例如互锁的微观结构、中空球形的微观结构、微型金字塔阵列和多孔结构等。然而，当前现有的压力传感器难以同时实现高灵敏度和宽压力范围。

【成果简介】

美国佐治亚理工学院汪正平院士和重庆大学陈显平老师的研究团队提出了一种具有纳米结构设计的压力传感器，其材料包含金属氧化物半导体/C复合结构和异质结构。当使用新的纳米结构制造时，压力传感器表现出超灵敏性和超宽传感范围。由于成本低、环境友好且自然丰富，研究人员选择Fe2O3和SnO2作为传感材料。其中，海胆状的Fe2O3通过水热法合成。该策略涉及使用乙炔黑炭作为载体，其具有很强的导电性和较高的比表面积。乙炔黑碳的一部分包围了Fe2O3颗粒，而碳材料部分被埋在Fe2O3的针状间隙中，形成了Fe2O3/C结构。此外，将一部分SnO2纳米颗粒分散到碳层中以形成SnO2@C结构，而另一部分粘附在Fe2O3针表面上，从而形成Fe2O3/SnO2异质结构。碳可提高单一金属氧化物的电导率。总的来说，三种结构（Fe2O3/C、Fe2O3/SnO2和SnO2@C）的协同效应改善了单个结构的有限压力响应范围。值得注意的是，Fe2O3/C@SnO2（3：1：4）压力传感器显示出高灵敏度（680 kPa-1）、快速响应时间（10 ms）、宽传感范围（最高150 kPa）和抗疲劳性（在110 kPa的压力下经过3500个循环）。该材料符合奇材馆理念，后续开发令人期待!

【图文导读】

本研究中使用的制造工艺如图1所示。首先，通过水热法合成导电材料。然后，将干净的三聚氰胺海绵浸入样品溶液中。电极连接后，获得带有三聚氰胺海绵基材的压力传感器。图1b是压力传感器的图像。

图1：制备过程和传感器的图像

图2：Fe₂O₃、SnO₂、Fe₂O₃/C（3：1）和Fe₂O₃/C@SnO₂（3：1：4）微粒的结构和形态

图3：压力传感特性

图4：Fe₂O₃/C@SnO₂压力传感器的超高传感分辨率

图5：可穿戴演示

【论文信息】

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自陈武峰科学网博客。
链接地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-66736-1278664.html