近年來，人工智能和柔性電子的發(fā)展推動(dòng)了柔性壓力傳感器需求的快速增長(zhǎng)，尤其是各類應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)傳感器靈敏度和壓力范圍的要求越來越高，迫切需要構(gòu)建同時(shí)具備高靈敏度和寬壓力范圍的器件。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、先進(jìn)功能高分子復(fù)合材料北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一支研究團(tuán)隊(duì)基于褶皺結(jié)構(gòu)的MXene薄膜，巧妙地設(shè)計(jì)并制備了一款具有超高靈敏度和超寬壓力范圍的新型柔性壓力傳感器，兼具靈活性高、制備工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)。該研究成果已發(fā)表于Nanocomposites期刊。

研究人員開發(fā)了一種簡(jiǎn)單通用的策略，通過在預(yù)拉伸基底上沉積單層MXene開發(fā)出具有褶皺結(jié)構(gòu)的MXene薄膜，使得純MXene可用于柔性電子設(shè)備的大規(guī)模制備中。得益于獨(dú)特的褶皺結(jié)構(gòu)，所制備的壓力傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，包括高靈敏度(接近860kPa?1)、寬壓力范圍(0.5Pa-30kPa)、較短的響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間(40/53ms)和良好的循環(huán)穩(wěn)定性(11600次循環(huán))。

基于褶皺MXene薄膜的柔性壓力傳感器的制備示意圖

基于褶皺MXene薄膜的柔性壓力傳感器的傳感性能和工作機(jī)制

鑒于褶皺MXene薄膜表面的特殊微觀結(jié)構(gòu)和出色的傳感性能，研究人員進(jìn)一步分析了其檢測(cè)特定物體的潛力。研究發(fā)現(xiàn)，即使將微小的物體放在基于褶皺MXene薄膜的柔性壓力傳感器上，也能檢測(cè)到相對(duì)穩(wěn)定的信號(hào)，物體越重，輸出信號(hào)越明顯。有趣的是，當(dāng)物體表面光滑時(shí)，輸出信號(hào)呈現(xiàn)出弧形，這是由于被研究物體與傳感器的不穩(wěn)定接觸引起的。這表明該壓力傳感器具有檢測(cè)物體動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的能力，在精密微量?jī)x器振動(dòng)監(jiān)測(cè)中顯示出一定的潛力。

基于褶皺MXene薄膜的柔性壓力傳感器可應(yīng)用于物體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)

該傳感器還可用于可穿戴傳感器等醫(yī)療設(shè)備，以監(jiān)測(cè)人體體征和健康狀況。研究人員將其放置于人體脖子周圍，發(fā)現(xiàn)該傳感器可以敏銳捕捉并記錄人體發(fā)出“a”聲音時(shí)產(chǎn)生的微小聲帶振動(dòng)，也可以獲取吞咽時(shí)產(chǎn)生的大動(dòng)作信號(hào)。這表明了該壓力傳感器在語音識(shí)別和人機(jī)交互方面也具有巨大的應(yīng)用潛力，還可以潛在地用于情緒狀態(tài)偵察和監(jiān)視設(shè)備，例如測(cè)謊儀。此外，通過將傳感器連接到頸動(dòng)脈，還可以實(shí)現(xiàn)脈沖波動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可適用于人體生理體征記錄和疾病診斷。

基于褶皺MXene薄膜的柔性壓力傳感器可應(yīng)用于人體健康監(jiān)測(cè)

基于其優(yōu)異的性能，該柔性壓力傳感器未來有望在人體健康監(jiān)測(cè)、人工智能設(shè)備、軟性機(jī)器人、儀器儀表振動(dòng)監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮巨大的應(yīng)用潛力。

原文標(biāo)題：基于褶皺MXene薄膜的新型柔性壓力傳感器，可用于人體健康監(jiān)測(cè)

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審核編輯：湯梓紅