木质纤维素/石墨烯气凝胶调节动态压阻响应的软水凝胶触觉传感器

作为压力传感器的弹性聚离子水凝胶 (EPIH) 需要进行微观结构修改或微图案化,以提高平行板传感配置的灵敏度。最近,浙江农业大学团队设计了一种新型的木质纤维素/EPIH 复合微结构,其具有三个独特的特征,包括聚离子链的松散、复杂多孔通道的引入和系统压缩模量的降低,以提高压阻灵敏度。

图1 弹性复合木质纤维素/聚阴离子水凝胶的制造工艺和压阻传感器组装示意图。
图1 弹性复合木质纤维素/聚阴离子水凝胶的制造工艺和压阻传感器组装示意图。

这种木质纤维素/EPIH 显示出分层多孔网络,涉及木质纤维素中更大、更硬的孔(阻碍聚阴离子链的过度缠绕)和聚阴离子中更小、更软的孔,导致高压缩率(80% 应变)和高能量耗散率(65%) ,以及低于 40% 应变的低杨氏模量 (104 KPa)。最终,由于柔软的多孔结构和作为离子储存库的 rGO 纳米片的引入,混合水凝胶在低压(C20/C0 = 1.24)下压缩时具有增加的电导率变化率。使用这种材料,一种具有高灵敏度(22 KPa 内 9.71 MPa-1)的软触觉传感器被证明可以重建和模拟一系列力信号的波,在人机界面的娱乐和运动领域显示出有前景的应用具有相对较宽的力范围。

图2 CRMRH的(a-c)压缩回弹特性和(d和e)SEM图像。(f)HRTEM(插图:SAED),(g)AFM 和线范围内的厚度曲线,以及(h)rGO 纳米片的拉曼光谱。(i 和 j) SEM 图像和 (k) CRMRH、CRM-pDA 和 CRM-pDA-rGO 的 C、O 和 N 元素的重量百分比。
图2 CRMRH的(a-c)压缩回弹特性和(d和e)SEM图像。(f)HRTEM(插图:SAED),(g)AFM 和线范围内的厚度曲线,以及(h)rGO 纳米片的拉曼光谱。(i 和 j) SEM 图像和 (k) CRMRH、CRM-pDA 和 CRM-pDA-rGO 的 C、O 和 N 元素的重量百分比。
图5 (a) 灵敏度测定的设置和示意图,显示了压缩过程中导电路径如何变化的原理。(b)所有木质纤维素复合离子水凝胶传感器的电阻变化率-应力曲线。(c) CRM-pDA-rGO/PAAc 传感器与其他报道的力传感器相比的灵敏度和应力范围。在 (d 和 e) 轻敲和重敲 (Agel = 100 mm2)、(f) 珠滴落 (Agel = 100 mm2)、(g) 书写 (Agel = 200 mm2) 期间使用木质纤维素传感器的实时电阻变化率信号 (h) 冲压 (Agel = 177 mm2) 监测。
图5 (a) 灵敏度测定的设置和示意图,显示了压缩过程中导电路径如何变化的原理。(b)所有木质纤维素复合离子水凝胶传感器的电阻变化率-应力曲线。(c) CRM-pDA-rGO/PAAc 传感器与其他报道的力传感器相比的灵敏度和应力范围。在 (d 和 e) 轻敲和重敲 (Agel = 100 mm2)、(f) 珠滴落 (Agel = 100 mm2)、(g) 书写 (Agel = 200 mm2) 期间使用木质纤维素传感器的实时电阻变化率信号 (h) 冲压 (Agel = 177 mm2) 监测。

 

木质纤维素/石墨烯气凝胶调节动态压阻响应的软水凝胶触觉传感器-4

相关论文以题为A flexible hydrogel tactile sensor with low compressive modulus and dynamic piezoresistive response regulated by lignocellulose/graphene aerogels发表在《Journal of Materials Chemistry C》上。通讯作者是浙江农林大学沈晓萍博士,和孙庆丰副研究员。

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