Advanced Science:透明柔性压力传感器

人机交互、智能窗、触摸屏需要传感器不仅有能感知外界力刺激的能力,同时还具备极高的透光度。然而,在柔性压力传感器中同时实现高灵敏度和高透光则非常困难。这是因为人们常常通过构建微结构或采用多孔介电层来提高传感器的灵敏度和响应速度。但微结构或孔洞结构引起强烈的界面光散射,导致器件的高雾度和低透光度。因此,如何制备同时具有高灵敏度和高透光度的柔性压力传感器是一个很大的挑战。近日,南方科技大学郭传飞副教授研究团队通过一种在多孔介电层中填入光学参数相匹配的离子液体的方式解决了柔性压力传感器中灵敏度和透光度难以兼得的难题,制备出了高灵敏度、高透光度的界面离子型柔性压力传感器。

在该工作中,研究人员将完全不透明的聚偏氟乙烯(PVDF)多孔薄膜浸泡到折射率与其相匹配的离子液体(IL)中,发现PVDF膜的透光度瞬间上升到94.8%。该工作中,IL不仅可以提升复合膜的透光度和韧性,同时它还能提供自由迁移的离子,在介电层/电极的界面处形成了电双层(EDL),从而大幅提高了器件的灵敏度。研究人员采用高透明的柔性银纳米线网络作为的电极层,PVDF/IL复合膜作为介电层,制备了高透明的柔性压力传感器。该传感器的透光度高达90.4%,灵敏度达到了1.19 kPa−1,检测限达到了0.4 Pa,响应速度为40 ms。此外,在数千次的重复压缩或弯曲试验后传感器仍能保持信号的稳定,展现出良好的机械稳定性。这种高透明、高传感性能的柔性压力传感器有望应用于可穿戴触摸屏和智能窗户等领域。

这种浸泡光学参数相匹配的离子导体的方法操作起来简单方便,非常适合大面积样品的制备。同时这种方法还具有普适性,可以应用到其它多孔材料体系中,例如醋酸纤维素、聚乳酸以及聚四氟乙烯等。研究人员认为,该方法也有望为透明电池或超级电容器的制备提供参考。

相关工作以“Highly Transparent and Flexible Iontronic Pressure Sensors Based on an Opaque to Transparent Transition”为题在线发表在《Advanced Science》期刊上。