Repositorio
Institucional

Palza, Humberto

All-PDMS capacitive and triboelectric dual sensors for wireless strain, pressure and material detection

ELSEVIER SCIENCE SA

SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL

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Artificial intelligence and flexible wearable electronics have motivated the development of novel high stretchable strain and pressure sensors. PDMS is one of the most studied materials for these sensors although in devices with complex electrodes made of different materials. To fully take advantage of PDMS, we developed high stretchable all-PDMS capacitive sensors using its composites with carbon grease (CG) as the dielectric film and its ternary composites with 10.0 wt% of CG and 2.5 wt% of carbon nanotube (CNT) as the compliant electrode (PDMS/CG/CNT). These all-PDMS capacitors were first tested as capacitive strain-sensors presenting stretchability above 300 % and a linear sensibility appropriated for developing a wearable sensor for biomechanical monitoring. An all-PDMS pressure-capacitive porous sensor was further developed presenting high sensitivities. Noteworthy, the same all-PDMS porous capacitive device further acted as a triboelectric nanogenerator under compression without any change in its configuration adding a second mechanism for sensing based on the voltage generated. By taking advantage of this dual mechanism, a wearable and wireless smart multifunctional sensor was developed able to recognize not only the weight of an object by the capacitive mechanism, but also the type of material by the triboelectric mechanism through the relationship between the triboelectric charge density of each material and the voltage generated from the sensor. Our findings allow the development of novel sensors for remote acquisition of quantitative and qualitative information about objects through a commercial smartphone.La inteligencia artificial y la electrónica flexible portátil han impulsado el desarrollo de nuevos sensores de presión y deformación altamente elásticos. El PDMS es uno de los materiales más estudiados para estos sensores, aunque en dispositivos con electrodos complejos hechos de diferentes materiales. Para aprovechar al máximo el PDMS, desarrollamos sensores capacitivos totalmente de PDMS altamente elásticos utilizando sus compuestos con grasa de carbono (CG) como película dieléctrica y sus compuestos ternarios con 10,0 % en peso de CG y 2,5 % en peso de nanotubos de carbono (CNT) como electrodo flexible (PDMS/CG/CNT). Estos capacitores totalmente de PDMS se probaron inicialmente como sensores capacitivos de deformación que presentaban una elasticidad superior al 300 % y una sensibilidad lineal adecuada para el desarrollo de un sensor portátil para monitorización biomecánica. Posteriormente, se desarrolló un sensor poroso capacitivo de presión totalmente de PDMS que presentaba altas sensibilidades. Cabe destacar que el mismo dispositivo capacitivo poroso totalmente de PDMS actuó además como nanogenerador triboeléctrico bajo compresión sin modificar su configuración, añadiendo un segundo mecanismo de detección basado en el voltaje generado. Aprovechando este doble mecanismo, se desarrolló un sensor multifuncional inteligente, portátil e inalámbrico, capaz de reconocer no solo el peso de un objeto mediante el mecanismo capacitivo, sino también el tipo de material mediante el mecanismo triboeléctrico, a través de la relación entre la densidad de carga triboeléctrica de cada material y el voltaje generado por el sensor. Nuestros hallazgos permiten el desarrollo de nuevos sensores para la adquisición remota de información cuantitativa y cualitativa sobre objetos mediante un teléfono inteligente comercial.

artículo original

PDMS composite

Capacitive sensor

Triboelectric nanogenerator

Wireless monitoring

Intelligent material

10.1016/j.sna.2025.116244

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ARRAY

COMPOSITES

POLYMER

ARRAY

COMPOSITES

POLYMER

Ingeniería de los Materiales

Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Tecnología Médica

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WOS:001407836800001

All-PDMS capacitive and triboelectric dual sensors for wireless strain, pressure and material detection

artículo original

ELSEVIER SCIENCE SA

SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL

Engineering, Electrical & Electronic

Instruments & Instrumentation

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0924-4247

ANID under the project ANID-Basal Center of Interventional Medicine for Precision and Advanced Cellular Therapy, IMPACT#Fondecyt(Comision Nacional de Investigacion Cientifica y Tecnologica (CONICYT)CONICYT FONDECYT)#FONDEQUIP

ANID under the project ANID-Basal Center of Interventional Medicine for Precision and Advanced Cellular Therapy, IMPACT [FB210024, 13220007]

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FONDEQUIP [EQM150101]

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