På senare år har med den snabba utvecklingen av flexibla elektroniska skal, högpresterande flexibla känselsensorer har fått mer uppmärksamhet och har använts inom många områden som artificiell intelligens, hälsoövervakning, människa-datorinteraktion, och bärbara enheter. Bland olika sensorer, flexibla kapacitiva känselsensorer har fördelarna med hög känslighet, låg energiförbrukning, snabbt svar, och enkel struktur.

Känslighet är en viktig parameter för sensorn. Ett vanligt sätt att förbättra känsligheten är att introducera mikrostrukturer och använda joniska dielektriska material vid gränssnittet för att bilda ett jon-elektroniskt gränssnitt i nanoskala med ultrahög specifik kapacitans. Dock, på grund av materialets inkompressibilitet och strukturens höga stabilitetsdesign, linjäriteten hos avkänningssignalen är dålig och trycksvarsområdet är smalt. Sensorn med hög linjäritet underlättar omvandlingen mellan kapacitans och tryck. Det kan avsevärt förenkla kretsdesignen och databehandlingssystemet, och förbättra svarshastigheten för avkänningssystemet. Därför, produktionen av flexibla trycksensorer med hög linjäritet och hög känslighet har blivit en nyckelfråga i utvecklingen av flexibel elektronisk hud.

Nyligen, Chuan Fei Guos forskargrupp från Institutionen för materialvetenskap och teknik vid Southern University of Science and Technology har gjort framsteg i forskningen om mycket linjära flexibla trycksensorer. De förbättrade strukturens deformerbarhet genom att designa en flexibel elektrod med en ytstruktur med mikropelare med ett stort sidoförhållande som är lätt att spänna och förlora stabilitet. Kombinerat med det dielektriska joniska gelskiktet, sensorn har hög linjäritet (R2~0,999) och hög känslighet (33,16 kPa ^-1 ) i ett brett tryckområde på 12-176 kPa.

Mikropelarna genomgår tre deformationssteg under tryck; initial kontakt (0-6 kPa), strukturell buckling (6-12 kPa) och efterbuckling (12-176 kPa). I efterknäckningsstadiet, signalen uppvisar hög linjäritet och hög känslighet.

Den höga linjäriteten ligger i anpassningen av modulen för mikropelarstrukturelektroden och det dielektriska skiktet. Mikropelarna är gjorda av silikongummi polydimetylsiloxan (PDMS) med en elasticitetsmodul på 1 MPa, och elasticitetsmodulen för jongelmembranet är 5 MPa. Genom finita elementanalys (FEA), det kan vara känt att ett material med en MPa-modul kommer att ge en linjär kontaktytaförändring när materialet extruderas med en mikropelarstruktur, som matchar den linjära känsligheten som erhölls i experimentet.

Förutom hög linjär känslighet, sensorn har också en låg detektionsgräns (0,9 Pa), låg svarstid (9 ms), och hög stabilitet (under 6000 kompressions-/böjcykler, signalen förblir stabil). Beroende på sensorns prestanda, de gör en serie tillämpade experiment. En sensor är fäst på långfingersegmentet på en konstgjord hand för att lyfta vikter med olika vikt, och sensorsignalen visar en stegförändring med en jämn viktökning (~372 pF/g). Sedan, flera (21) sensorer är anslutna till manipulatorn för att utföra objektgreppsexperimentet. Sensorgruppen kan bättre återspegla tryckfördelningen hos det gripna föremålet. Sensorn används också för att detektera den mänskliga radiella artären, och pulssignalen är relativt stabil under olika förtryck (10,23 ~ 17,75 kPa), som visas i fig. 3. I testet för plantartryckfördelning, sensorgruppen kan tydligt återkoppla skillnaden i tryckfördelning i olika tillstånd.

Sensorns höga linjäritetskänslighet härleds från utformningen av ytstrukturen med mikropelare och matchningen av de mekaniska egenskaperna hos elektroderna och de dielektriska materialen. Kombinationen av Eulers stabilitetsprincip, Karakterisering av FEA och svepelektronmikroskopi (SEM) förklarar orsaken till linjär känslighet. Tyngdlyftningsexperimentet och greppexperimentet av manipulatorn, mänsklig pulsdetektering och plantartryckfördelningstest visar att sensorn har stor applikationspotential inom områdena intelligenta robotar, människa-datorinteraktion, och hälsoövervakning. Detta arbete ger också nya designidéer för forskning av flexibla linjära sensorer.