南方科技大学郭传飞（Chuan Fei Guo）和中国科学技术大学王柳（Liu Wang）课题组，在《Nature Communications》上发布了一篇题为“Ultrafast piezocapacitive soft pressure sensors with over 10 kHz bandwidth via bonded microstructured interfaces”的论文。论文内容如下：
一、 摘要
柔性压力传感器可以将机械刺激转化为电信号与环境进行交互，模拟人类皮肤的功能。电容型柔性压力传感器是人工皮肤中最广泛使用的设备之一，然而，它的响应-恢复速度（数十毫秒）很缓慢，因此无法检测动态刺激或高频振动。在这里，作者展示了电极-介质界面的接触-分离行为是一个能量耗散过程，实质上决定了传感器的响应-恢复时间。因此，作者利用有效减小界面摩擦和能量耗散的微结构粘接界面，将响应和恢复时间降低到约0.04ms。高响应-恢复速度使传感器能够检测超过10kHz的振动，这不仅实现了动态力检测，还适用于声学应用。该传感器还显示出可忽略的滞后，可以精确跟踪动态刺激。该工作为电容型柔性压力传感器的响应-恢复速度提供了一条路径，将其推进到亚毫秒级别，并扩展了其在声学领域的应用。
二、背景介绍
人类皮肤的触觉感知是通过感受器实现的，这些感受器不仅对静态力（通过慢适应器）做出反应，还对振动刺激（通过快适应器）做出反应。电子皮肤或柔性压力传感器是模仿感受器的功能的新兴设备，因其在机器人触觉、人机界面、智能可穿戴设备和元宇宙等领域的潜在应用而被广泛研究。许多应用，如纹理识别、声音识别以及压力/振动检测，需要传感器对静态压力和高频振动做出反应。
电容型柔性压力传感器是一类最广泛研究的传感器设备，可以检测静态压力，但这些设备在动态刺激响应方面表现不佳。虽然弹性弹性体可以在纳秒内对机械刺激响应，传统的电容型柔性压力传感器通常表现出响应-恢复时间在数十毫秒的水平，对应于几十Hz的狭窄频率范围。这种低响应-恢复速度主要归因于与粘弹性材料和界面摩擦相关的能量耗散。软介质通常是一种粘弹性材料，在加载-卸载循环过程中会耗散能量。当使用较软的材料来检测细微的压力时，这种能量损失变得更加明显。在接触-分离过程中，电极与介质之间的界面摩擦和粘附进一步导致能量损失。为了提高响应-恢复速度，一种常见的策略是通过微结构表面改进介电层。这种策略通过两个原则起作用。首先，微结构通过在较小的变形中存储更多的弹性能量来减少介电层的体积粘弹性。其次，它们也减少了介电层与电极之间的接触面积，从而降低了由于界面摩擦和粘附而导致的能量耗散。然而，尽管引入微结构可以减少能量耗散，但至今，响应-恢复时间仍然大部分在1ms以上。只要使用粘弹性材料并且界面间隙仍然存在，这种限制似乎是无法调和的。
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