表面微结构增强的超高灵敏度水凝胶力敏传感器
麻永刚1
汪益鹏1
苏明龙1
李欣源1
卜洋洲2
刘虎3
张电波1
1.中原工学院先进材料研究中心,河南郑州 4500072.中原工学院先进材料研究中心,河南郑州 450007;河南宏博测控技术有限公司,河南 郑州 4500023.郑州大学 国家橡塑模具工程技术中心,河南 郑州 450002
摘要：水凝胶力敏传感器因具有优异弹性、大应变区间、方便功能化以及良好生物兼容性,被认为是最有应用价值的柔性力敏触感器.然而,受限于离子导电机制的本征特性,传统导电水凝胶传感器普遍存在灵敏度低、响应范围窄等问题.采用模板法制备了表面具有不同微柱结构的聚丙烯酰胺/海藻酸钙离子导电水凝胶,并以其为响应介质构筑了电容型水凝胶压力传感器.系统研究了微结构空间分布和微柱高度对传感器响应性能的影响.结果表明:传感器灵敏度随着占空比的降低明显增高;微结构高度的增加可大幅提升传感器的灵敏度;所制备的微结构PCA离子导电水凝胶传感器具备极宽的压力适用范围(0.05～1100 kPa),在100 kPa压力下,电容响应较平面传感器显著提高39.7倍,且表现出优异的稳定性和耐疲劳性(19.8 kPa,5000循环),可以对静态力、冲击力等多种载荷实现可靠的监测.该微结构设计策略及其响应机理研究对开发新一代高性能水凝胶基力敏传感器提供了有益借鉴.
关键词：柔性力敏传感器水凝胶表面微结构电容响应
分类号：O631.2(高分子化学（高聚物）)
资助基金：国家自然科学基金(52403061)河南省重点研发专项(251111211600)中原工学院自然科学基金面上项目(5221240129)
论文发表日期：2025-08-25
在线出版日期：2025-09-25（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 46-55,94 )
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