具有超高灵敏度和超宽压力范围的新型柔性压力传感器

近年来，人工智能和柔性电子的发展推动了柔性压力传感器需求的快速增长，尤其是各类应用场景对传感器灵敏度和压力范围的要求越来越高，迫切需要构建同时具备高灵敏度和宽压力范围的器件。

据麦姆斯咨询报道，近期，北京化工大学材料科学与工程学院、先进功能高分子复合材料北京市重点实验室的一支研究团队基于褶皱结构的MXene薄膜，巧妙地设计并制备了一款具有超高灵敏度和超宽压力范围的新型柔性压力传感器，兼具灵活性高、制备工艺简单、成本低等优势。该研究成果已发表于Nanocomposites期刊。

研究人员开发了一种简单通用的策略，通过在预拉伸基底上沉积单层MXene开发出具有褶皱结构的MXene薄膜，使得纯MXene可用于柔性电子设备的大规模制备中。得益于独特的褶皱结构，所制备的压力传感器表现出优异的性能，包括高灵敏度(接近860kPa⁻¹)、宽压力范围(0.5Pa-30kPa)、较短的响应/恢复时间(40/53ms)和良好的循环稳定性(11600次循环)。

基于褶皱MXene薄膜的柔性压力传感器的制备示意图

基于褶皱MXene薄膜的柔性压力传感器的传感性能和工作机制

鉴于褶皱MXene薄膜表面的特殊微观结构和出色的传感性能，研究人员进一步分析了其检测特定物体的潜力。研究发现，即使将微小的物体放在基于褶皱MXene薄膜的柔性压力传感器上，也能检测到相对稳定的信号，物体越重，输出信号越明显。有趣的是，当物体表面光滑时，输出信号呈现出弧形，这是由于被研究物体与传感器的不稳定接触引起的。这表明该压力传感器具有检测物体动态运动的能力，在精密微量仪器振动监测中显示出一定的潜力。

基于褶皱MXene薄膜的柔性压力传感器可应用于物体运动监测

该传感器还可用于可穿戴传感器等医疗设备，以监测人体体征和健康状况。研究人员将其放置于人体脖子周围，发现该传感器可以敏锐捕捉并记录人体发出“a”声音时产生的微小声带振动，也可以获取吞咽时产生的大动作信号。这表明了该压力传感器在语音识别和人机交互方面也具有巨大的应用潜力，还可以潜在地用于情绪状态侦察和监视设备，例如测谎仪。此外，通过将传感器连接到颈动脉，还可以实现脉冲波动的实时监测，可适用于人体生理体征记录和疾病诊断。

基于褶皱MXene薄膜的柔性压力传感器可应用于人体健康监测

基于其优异的性能，该柔性压力传感器未来有望在人体健康监测、人工智能设备、软性机器人、仪器仪表振动监测等方面发挥巨大的应用潜力。

原文标题：基于褶皱MXene薄膜的新型柔性压力传感器，可用于人体健康监测

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审核编辑：汤梓红