Механоэлектрические метаматериалы для широкого диапазона и высокочувствительного измерения давления

Механические метаматериалы используют точный контроль геометрии элементарной ячейки и макроскопической организации для получения необычных свойств. Расширение возможностей механических метаматериалов за счёт внедрения дополнительной функциональности остаётся сложной задачей. Мы описываем 3D-печатные метаматериалы с внедрёнными молекулярными фероэлектриками для применения в качестве самопитаемых датчиков давления. Наша конструкция с градиентной решёткой обеспечивает адаптивную реконфигурацию и контролируемые переходы режимов деформации, что даёт синергию низкого модуля упругости и высокой несущей способности наряду с монотонной зависимостью электрического сигнала от механической нагрузки. Кроме того, мы реализуем градиент модуля в метаматериале для повышения чувствительности в областях с низкой нагрузкой и расширения диапазона обнаружения на шесть порядков величины. Комбинация высокой чувствительности и широкого диапазона обнаружения в метаматериалах с двойным градиентом преодолевает ограничения, налагаемые обратными зависимостями в существующих датчиках.