第十四届全国表面工程大会

483 / 2023-02-13 15:12:40

高性能非晶碳薄膜柔性传感机理及器件应用研究

非晶碳膜；柔性应变传感器；褶皱和裂纹；原位表征

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       由于灵敏度（GF）和应变范围（ε）之间的制约关系，开发兼具高灵敏度（GF>100）和良好伸展性（ε>50%）的柔性应变传感器一直是本领域的挑战。在此，基于硬质非晶碳（a-C）和软质聚二甲基硅氧烷（PDMS）之间的巨大机械性能差异，我们通过直流磁控溅射技术在PDMS表面直接沉积a-C，并形成褶皱和裂纹结构，成功制造了高性能a-C/PDMS柔性传感器。该传感器最大GF超过2300，同时ε高达50%，重复性超过11000次循环。敏感机理方面，表面形态和电势的联合原位表征证实，施加应变可引起a-C薄膜中皱纹褶皱形态和微区电势变化，有利于表面和薄膜生长方向上导电区域循环断裂/接触，引起了电阻连续和快速变化，因此有利于器件的超敏感和高度可拉伸性。本研究为利用褶皱和裂纹结构工程制造高性能非晶碳基柔性应变传感器提供了新的策略。