
上图:以荷叶表面为模板的微结构衬底构筑的柔性电容式传感器;
下图:柔性电容式传感器阵列对大量程力学信号的快速、高灵敏响应性能。
研究团队探索发现在提升柔性电容传感器性能的各类方法中,通过介电层微结构设计优化是最有效方法之一,然而微结构复杂制备工艺及其与介电层之间相互匹配关系是需要解决的关键问题。 针对这一难题,该团队向自然界探寻答案,利用荷叶表面存在的天然微结构为仿生模板,实现了柔性衬底表面均匀分布的微结构(Micro-caves),并结合聚苯乙烯(PS)微球和空气介质构筑了微结构化的双介质介电层。通过对表面微结构与聚苯乙烯微球之间尺寸匹配优化,及在受力条件下利用微结构扩张同时实现极距减小、接触面积增加及介电常数改变等多参数的协同变化,从而大大增加了柔性电容式传感器的灵敏度(0.815 kPa?1)、响应时间(38 ms)及响应范围(0-50 N)等,由此构建的柔性传感阵列可实现对触压、扭曲及拉伸等不同力学量的选择性响应。
该工作中以自然界中存在的生物表面为模板构筑三维多孔柔性衬底,不但可以作为一种的普适方法,在改善其他诸如柔性超级电容器及柔性太阳能电池等柔性电子器件性能方面也可得到广泛应用,拓宽了柔性微结构材料研究新思路。相关结果发表于近期的Small( DOI:10.1002/smll.201600760)上。
(本项目获得国家973基础研究项目、中科院先导项目、国家自然基金面上项目,江苏省青年基金,中国博后面上基金、江苏省博后特别资助的支持。)

该工作作为small内封面