Small Methods: 通过近场静电纺丝制备栅格隔层来实现柔性压阻传感器的界面调控

机器人技术的快速发展对触觉感知器件提出了更高的要求,触觉传感器不仅需要在预应力加载后保持较高的灵敏度,还需要有较宽的响应区间。柔性压阻传感器由于其低廉的成本,便捷的制备工艺和优异的整体性能,在机器人医疗领域拥有广阔的应用前景。目前主流的高灵敏度压阻传感器的性能依赖于压阻材料和相邻电极之间的界面接触。然而,由于接触问题的复杂性和材料细微结构调节的困难性,器件中的界面接触很难被精细调控和完整复现。

香港中文大学的赵铌教授和美国西北大学的郭平教授合作,利用近场静电纺丝技术,在压阻材料和电极之间引入了一层栅格间隔层来调控界面接触(图一)。近场静电纺丝是一种可控性强的自上而下的先进加工方法,可以实现薄膜的微观结构和宏观尺寸的可编程调控。作者利用该技术可以便捷地调控隔层的结构周期和宏观厚度,系统地研究了隔层的结构对传感器性能的影响。经过优化,器件的线性响应区间可达230KPa,灵敏度保持在1.91 KPa-1。同时,器件在循环加载测试下的输出信号波动从14.28%降低至3.63%,显示了器件的长期工作可靠性。这项基于静电纺丝技术的方法可以在不改变响应材料的情况下成功地调节器件性能,为所有接触型传感器的性能优化提供了一种普适性的解决方案。相关论文以“Interface engineering of flexible piezoresistive sensors via near-field electrospinning processed spacer layers”为题,在线发表在Small Methods(DOI: 10.1002/smtd.202000842)上。

图1. 传感器分层结构示意图。线框内为近场静电纺丝示意图和压阻材料的制备流程示意图。