基于碳化棉纤维的高性能柔性压力传感器

据麦姆斯咨询报道，近期，华中科技大学廖广兰教授研究团队开发出一款基于碳化棉纤维的高性能柔性压力传感器，操作工艺简单且成本低廉，可成功应用于微小质量测量、脉搏跳动检测与手指运动感知等多种实际场景，为低成本柔性压力传感器的研究提供了新思路。

压敏层的材料、结构与传感器性能密切相关，大多数的柔性压力传感器不能同时兼顾大量程、高灵敏度、高重复性和稳定性等性能。该研究中，研究人员提出一种简单可行的工艺方法，采用铜薄膜叉指电极结构，将碳化棉纤维作为压敏层，经三明治式封装，成功制备出高性能碳化棉纤维柔性压力传感器。

工艺流程图

传感器样品实物图

该柔性压力传感器的成本效益归功于碳化棉纤维的采用。棉纤维是一种丰富的天然原材料，其碳化工艺简单，易批量制备，成本低且对环境友好。经过柔化处理的碳化棉纤维，在保留碳化棉纤维疏松多孔结构的同时，还具备优异的机械强度与柔韧性，经过任意弯曲均不会断裂，有利于压力传感器实现良好性能。

原始棉纤维、碳化棉纤维和柔性棉纤维的SEM图

该柔性压力传感器非常好地兼顾了灵敏度、线性范围与耐用性。碳化棉纤维的疏松多孔结构使其具有1.553kPa⁻¹的高灵敏度、0~20kPa的宽线性感知范围以及超过8000次循环的出色耐用性，展现出极大的竞争力。

性能测试结果

在应用性探索实验中，研究人员利用该传感器成功实现了微小质量测量（误差仅为3.43%）、脉搏跳动检测与手指弯曲度感知，表明了该传感器具有极高的灵敏度，可以精确监测出个体心率与肢体形变。

称量微小物体质量（左图）及生理监测结果（右图）

该研究为低成本柔性压力传感器的研究提供了新思路，同时证明了其在医疗诊断、可穿戴电子设备等领域的巨大应用潜力。

论文信息：
https://doi.org/10.13245/j.hust.220315

审核编辑 ：李倩