Résultats De La Recherche Sur Les Vêtements Fonctionnels Portables: Capteurs De Pression Capacitifs Sur Les Doigts De Fourche En Tissu

　　Abstrait: cet article décrit une approche systématique pour un capteur de pression Textile électronique basé sur un condensateur interdigité (IDC) imprimé sur un tissu.Dans cette étude, nous proposons un capteur de pression de grande sensibilité et de large portée basé sur une combinaison d'ecoflex poreux, de nanotubes de carbone (CNT) et d'électrodes interdigitées.Tout d'abord, les condensateurs de type fourche ont été caractérisés à l'aide d'un compteur LCR de précision à l'encre argentée sur des tissus de coton et de polyester dans la gamme de fréquences de 1 à 300 kHz.Comprend l'influence du tissu sur les performances de sensibilité du capteur.Deuxièmement, cela inclut l'estimation et l'optimisation de la Fraction volumique des nanotubes de carbone et de l'impact de l'entrefer sur les propriétés du matériau composite.La présence de nanotubes de carbone fractionnaires en volume renforce la résistance de liaison du matériau composite et améliore la capacité de déformation du capteur.La robustesse du capteur proposé a été démontrée par plus de 20 000 essais cycliques à haute pression de 400 kPa.Troisièmement, la combinaison de nanotubes de carbone et de diélectriques poreux permet une large gamme de détection (400 kPa), avec des sensibilités allant de 0035 (à 400 kPa) à 0,15 pa.1 kPa - 1 (à 50 kPa).Enfin, la comparaison des substrats en coton et en polyester montre que le choix d'un substrat diélectrique approprié affecte la sensibilité du capteur et la sortie du signal.

Présentation de nos jours, les capteurs portables, en particulier les capteurs textiles, sont devenus un sujet passionnant et suscitent un grand intérêt chez les chercheurs.Parmi ces capteurs, les performances exceptionnelles des capteurs de pression en font un composant prometteur pour la prochaine génération d'électronique flexible.Ils sont utilisés à des fins commerciales et dans des domaines scientifiques tels que les moniteurs médicaux, l’aéronautique, la robotique, etc. (Castano & flatau, 2014; Huang et al., 2019; seyedin et al., 2019).En outre, ils peuvent être appliqués sur la peau ou les vêtements pour surveiller les signaux physiologiques ou les pressions externes dans des conditions de travail continues sans perturber ou limiter les activités quotidiennes de l'individu.De nombreux efforts ont été étudiés pour développer des capteurs de pression flexibles.Il existe de nombreuses façons de mesurer la pression en utilisant des effets piézoélectriques, piézoélectriques, triboélectriques et piézorésistifs.Parmi eux, les capteurs de pression capacitifs à base de condensateurs à plaques parallèles sont largement utilisés en raison des avantages de faible consommation d'énergie, de temps de réponse rapide et de structure simple.En théorie, la capacité d'un condensateur à plaques parallèles est donnée par la formule (1):

Où la constante diélectrique du matériau est représentée, la constante diélectrique du vide est, a est la surface effective des plaques supérieure et inférieure et D est l'épaisseur ou l'espacement entre les deux électrodes.Par changement, a, D, les capteurs capacitifs peuvent être classés en diélectrique variable, surface variable trois (Guo et al., 2019; Wan et al., 2017) et espacement variable (Mahata et al., 2020; Ruth et al., 2020).εRεRε0ε0εRεR).Dans une telle approche, l'épaisseur ou la couche diélectrique change sous l'effet de forces externes, tout en provoquant une variation de la capacité du capteur.Comme cela dépend des paramètres a et D dans la formule (1), la modification de la surface ou de l'épaisseur affecte la sensibilité à la pression ("One Rupee Ultrasensitive Wearable flexible Low Pressure Sensor | ACS Omega" nd).Par conséquent, la sensibilité que cette méthode peut atteindre est généralement faible (Zang et al., 2015).La plupart des approches concernant les capteurs flexibles se concentrent sur l'amélioration de la sensibilité et de la flexibilité des capteurs de pression capacitifs.Ceux - ci dépendent de la déformabilité de la couche diélectrique (« flexible capacitive pressure sensor Enhanced by Tilt Microcolumn Array | ACS Applied Materials & interfaces » nd; Ruth & Bao, 2020; Wang et al., 2020; Xiong et al., 2020) ou de l'augmentation de la surface effective et de l'épaisseur (« One Rupee ultra - flexible Wearable Low Voltage Sensor | ACS Omega » nd).Cependant, ces procédés présentent des temps de récupération lents, des coûts élevés et une complexité de préparation des microstructures.De plus, la porosité à haute densité dans la couche diélectrique peut générer du bruit et affecter la stabilité et la durabilité du capteur.

Dans ce travail, nous proposons la conception et la réalisation de capteurs de pression textiles basés sur le calcul de la capacité interdigitée.Nous nous concentrons uniquement sur les modifications de la couche diélectrique pour améliorer la sensibilité.Le procédé n'utilise qu'une seule électrode, de sorte que le capteur n'est pas affecté par la distance de la couche diélectrique, mais détecte une capacité variable en faisant varier la permittivité diélectrique relative de la couche de polymère poreux sous compression.Cette électrode est réalisée à l'aide d'une pâte d'argent imprimée sur un tissu de coton, semblable à un peigne avec plusieurs doigts croisés.Les efforts pour améliorer la sensibilité dans cet article sont divisés en deux études principales: les variations diélectriques de la couche élastique et la production de microparticules au sein de la couche diélectrique.Enfin,

Le reste de cet article est divisé en sections suivantes.Tout d'abord, l'expérience a introduit de nouvelles techniques de pression basées sur la modification de la permittivité relative.Deuxièmement, la « fabrication » illustre le procédé de fabrication du capteur de pression capacitif proposé.Viennent ensuite les « résultats de mesure et de discussion», où les caractéristiques des substrats en polyester et en coton sont comparées, y compris l'impact sur la sensibilité, le coût et la durabilité.Enfin, une conclusion est tirée dans la dernière section.

Principe expérimental des pistes conductrices et des transducteurs

Les condensateurs interdigités utilisent des éléments de circuit collectif appelés structures périodiques multidoigts.Contrairement aux Condensateurs à plaques parallèles, les condensateurs à fourche n'ont besoin que d'un côté pour détecter les changements dans le matériau testé (mut).Cette conception a un facteur de qualité plus élevé que les condensateurs parallèles (Aparicio & hajimiri, 2002).Les capteurs interdigités fonctionnent sur le même principe que deux Condensateurs à plaques parallèles.Dans cette structure, la capacité apparaît entre les espaces étroits des doigts.Lorsque l'écart diminue, la capacité augmente en conséquence.La forme du capteur est décrite par les paramètres représentés sur la figure 1.

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Conclusion:

Nous proposons une nouvelle méthode de fabrication de capteurs de pression textiles électroniques pour substrats flexibles utilisant des condensateurs interdigités (IDC).Le capteur proposé permet une grande sensibilité, une large plage (400 kPa) allant de 0035 (à 400 kPa) à 0,15 pa.1 kPa - 1 (à 50 kPa).Grâce à la combinaison des propriétés élastiques élevées d'ecoflex et de CNT, la couche diélectrique peut atteindre une excellente durabilité.De plus, les capteurs proposés ont des temps de réponse et de récupération rapides, avec une plage de détection supérieure à 400 kPa.De plus, l'influence du substrat diélectrique sur les performances de sensibilité du capteur joue un rôle clé dans l'insensibilité et la détection de la sortie de signal.Le choix d'un substrat diélectrique approprié doit donc être envisagé dans une application pratique.

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