基于三维双孔聚氨酯结构的柔性电容式压力传感器中的屈曲驱动线性特性

《Advanced Materials Technologies》：Buckling-Driven Linearity in Flexible Capacitive Pressure Sensors Based on a Three-Dimensional Dual-Pore Polyurethane Structure

　　

摘要

近期，3D多孔结构在压力传感领域的应用取得了显著进展，由于其可变形性和可压缩性，这些结构显著提升了传感器的灵敏度和压力测量范围。基于3D多孔结构的压力传感器已应用于多种高级场景，如运动检测、人机交互和生物信号监测等。然而，要同时实现高灵敏度和宽压力范围内的线性响应依然是一个严峻挑战，因为这两者之间存在固有的权衡关系。在本研究中，我们提出了一种新型软质压力传感器，该传感器采用通过糖模板成型工艺制造的3D双孔聚氨酯（DPPU）结构。这种双孔结构包含不同尺寸和形状的孔洞，能够引发序列性的屈曲现象。屈曲引起的变形会在孔洞内部产生局部应力集中，从而改变材料的变形行为。因此，该传感器在宽压力范围内表现出高灵敏度（0.245 kPa^?1）和优异的线性度（R² = 0.985），同时保持了出色的机械性能和可靠性。此外，通过将其集成到生物信号监测设备（如语音和脉搏信号检测）以及智能鞋垫中的压力传感器阵列中，验证了其实用价值，实现了实时步态分析功能。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的所有数据均包含在文章及其补充信息文件中。