研究背景

随着可穿戴设备的快速发展，对高性能的柔性传感器需求日益增加。在各类柔性传感器中，压阻式传感器是一种将压力信号转换为电阻变化的装置，它具有灵敏度高、线性度好、静力可测等优点。目前，研究人员已提出了各种开发柔性压阻式传感器的方法。然而，柔性压阻传感器仍然存在性能差的问题，如灵敏度低、测量范围窄。因此，研究人员提出引入微结构(HMs)来改善其性能，如微圈、微锥、微柱、和微穹。虽然微结构的引入提高了传感器的灵敏度性能，但传感器的测量范围却缩小。以简单、快速和低成本的方式制造高度有序的HMs更是一个巨大的挑战。

成果简介

厦门大学Tao Luo和Wei Zhou教授提出了一种激光直写（LDW）方法来制造具有微结构的柔性压阻传感器，显示出相当高的灵敏度和宽广的测量范围。相关研究工作以“Laser Direct Writing of Highly Ordered Two-Level Hierarchical Microstructures for Flexible Piezoresistive Sensor with Enhanced Sensitivity”为题发表在Advanced Materials Interfaces期刊上。

研究亮点

1.    应用激光加工在PDMS和多壁碳纳米管（MWCNTs）的复合材料上制造高度有序的HMs；2.    证明了激光加工在制造高度有序的HM方面的潜力，以实现高灵敏度的柔性压阻传感器的各种应用；3.    二级微结构具有更高的灵活性和更多的接触点，带有HMs的传感器显示出比单级微结构（SLMs）的传感器高20倍的灵敏度。

图文解读

图1| 柔性压阻传感器的夹层结构的三维示意图。

图2| 不同激光参数处理的微观结构顶侧SEM图。

图3| a)SLMs和b)HMs的SEM图像的顶部和侧视图。

图4| SLM、HM的微观结构-电极接触面积。

图5| 传感器的性能测试。

图6| 不同状态下的脉冲信号。

图7| 语音识别的传感器信号。

图8| "激光"和"传感器 "的语音信号。

总结展望在这项研究中，通过LDW制造了一个带有HMs的柔性压阻传感器。微结构接触变形的机械模拟和光学观察表明，HMs显示出比SLMs高得多的接触面积变化，这导致柔性压阻传感器的灵敏度从44.5% kPa-1增加到85.1% kPa-1，而灵敏度从0.9增加到11.06 kPa-1，带有HMs的柔性压阻传感器显示出超过20 kPa的宽线性检测范围。在脉搏检测和语音识别中，该传感器能检测到详细的信号，这对心血管和喉部疾病的诊断很有希望。总的来说，这项工作表现出两个优势。首先，从制造的角度来看，使用LDW以一种相当简单、低成本和可控的方式为柔性压阻传感器制造了高度有序的HMs。第二，从传感性能的角度来看，该传感器与大多数报道的作品相比，显示了相当高的灵敏度。

文献链接

Laser Direct Writing of Highly Ordered Two-Level Hierarchical Microstructures for Flexible Piezoresistive Sensor with Enhanced Sensitivity, Adv. Mater. Interfaces.，DOI: 10.1002/admi.202101596

https://doi.org/10.1002/admi.202101596.