觸覺傳感器因其在人機交互系統、智能機器人、可穿戴醫療設備等領域的廣闊的應用前景而引起了人們的廣泛關注。實現該種傳感器的關鍵是:(1)高靈敏度和低串擾;(2)快速響應時間;(3)在柔性襯底上制造宏觀傳感器的經濟性。然而，目前報道的低成本觸覺傳感器無法同時實現高靈敏度、低串擾和快速響應。杭州電子科技大學董林璽研究團隊報道了一種利用噴墨打印工藝制備的4×4電容陣列觸覺傳感器，該傳感器分別使用具有創新島狀結構的PDMS和可打印的納米復合墨水作為介電層和電極。通過改變介質層島狀結構的幾何參數可以調節傳感器調靈敏度，同時有效降低傳感元件之間的串擾，從而實現對施加壓力的準確位置感知。傳感器靈敏度在0-1 kPa范圍內可達0.76 kPa-1，在1-15 kPa范圍內可達0.2 kPa-1。此外，該傳感器具有快速響應時間(~50 ms)和低檢測極限(~2 Pa)。這些成果很少在全印刷的觸覺傳感器中報道。作為全印刷高靈敏度低串擾傳感器的概念驗證，最后演示了人體運動和聲音信號檢測。陣列傳感器的優勢提供了多種應用，包括用于測量用戶信號的低成本，寬范圍靈活的可穿戴設備，康復訓練和人機交互等。

可穿戴傳感器作為初始終端是人們追求健康生活的迫切需求。高性能的觸覺傳感器是準確獲取壓力信息的保證。河北工業大學孟垂舟團隊研究團隊利用高導電性聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚甲基丙烯酸甲酯微球修飾的聚（苯乙烯磺酸鹽）薄膜作為贗電容電極材料，其先借助氣動點膠直寫工藝在柔性基底上制備了圖案化陣列電極，再通過溶液澆鑄-冷凍干燥的簡易方法開發了一種柔性離子電子觸覺傳感器。該傳感器具有超高靈敏度(162.90 kPa-1)、寬檢測范圍(160 kPa)、低檢測限(30 Pa)、快速響應時間(25 ms)、優異的重復性和耐用性。由于超高靈敏度，該傳感器能夠檢測到動態微運動(如觸摸砂紙表面、滴下水滴、向燒杯中加水)所產生的細微壓力。此外，其還演示了安裝該傳感器單元和陣列的智能手套在快速準確盲文識別中的應用。本文提出的制造柔性超靈敏觸覺傳感器的簡單高效策略，將有利于各種可穿戴微壓力傳感的應用。

柔性傳感器在細微力/振動檢測、人體運動/健康監測等相關應用領域受到廣泛關注。盡管人們開發了各種各樣的傳感器以滿足這一日益增長的需求，但制備具有超高靈敏度和穩定性的令人滿意的傳感器仍然是一個巨大的挑戰。北京化工大學吳大鳴教授團隊通過高效且可設計的噴墨打印方法成功制備了一種雙層柔性傳感器。金屬銀層沉積在有或沒有微結構的聚氨酯丙烯酸基板上，形成柔性電極。平面電極和微結構電極最終結合成為具有超高靈敏度和穩定性的耐用雙層柔性傳感器。此外，柔性平面電極也可以應用于單層傳感器。在平面單層傳感器中同時實現了超高靈敏度(應變系數大于1100)，良好的耐久性(大于1000次循環)和快速響應性(響應時間≈90 ms)，而組合雙層傳感器則對小壓力(~250 Pa)也有快速響應能力。此外，這些單層和雙層傳感器可以監測各種生理信號(例如，人體脈搏波形，呼吸行為和語音識別)，表明它們在可穿戴電子產品中的應用前景廣闊。

柔性觸覺傳感器在可穿戴醫療設備中備受追捧。然而，既要通過透氣性來實現穿著舒適性，又要通過疏水性來抵抗水濺，甚至在特殊的水下環境中使用仍然存在挑戰。河北工業大學孟垂舟團隊受荷葉智能生物結構的啟發，通過將一個離子凝膠電解質夾在兩個聚多巴胺(PDA)/MXene/硬脂酸(STA)織物電極之間，開發了一種柔性、透氣、防水和自清潔的觸覺傳感器。織物中的微通道和凝膠中的通孔使傳感器具有723.5mm s1的高透氣性，傳感器外表面裝飾的STA微片具有疏水性，大水滴接觸角達140.7°具有獨特的自潔耐洗性能。利用超電容傳感機制，利用MXene納米片在微纖維上的微觀結構和有內部孔徑的中間層來初步分離電極和電解質，實現了高達1677.79kPa*的靈敏度，同時該傳感器在1000次的彎曲測試后展現了優異的穩定性。最后其演示了所研制的柔性傳感器在水下特殊環境下，在人體不同部位進行生理信號監測、運動檢測和莫爾斯電碼無聲信息通信的實際傳感應用。

河北工業大學孟垂舟團隊報道了一種基于電紡TPU納米纖維平臺的柔性可拉伸的離子電子觸覺傳感器，具有高靈敏度和寬檢測范圍。該傳感器采用夾層式器件配置，使用嵌入AgNW的導電織物墊作為電極，使用IL復合離子織物墊作為電解質。基于超級電容傳感機制和多孔微結構，其開發的傳感器具有高靈敏度(8.14 kPa2)、寬檢測范圍(280 kPa)、短響應時間(25ms)和令人難以置信的穩定性(在高達15%的不同應變下1000次循環零漂移)和可重復性(在多達50次壓力加載循環的完整檢測范圍內的偏差為1.3%)。由于多通道多孔納米纖維網絡的固有性質，該傳感器在25°C下具有空氣(滲透率≈9.1mm s2)和水分(滲透率≈142.69gm2h2可滲透性,汗液惰性(接觸角~136%)、導熱性(類似于無紡布的散熱)和生物相容性(粘附皮膚10天后無炎癥跡象)。驗證了其具有實時和連續監測功能。具體來說，可以通過在膝蓋骨周圍安裝三個單獨的傳感器單元來監測壓力點，而可以通過安裝一個包含整個膝蓋區域的5X5傳感器陣列來繪制空間壓力分布圖。因此，可以根據收集到的傳感數據監測步行和跑步過程中膝關節的狀態。如果檢測到過載，則會發出潛在膝關節損傷警告，以糾正跑步者的姿勢或促進患者進行適當的康復運動。

可穿戴觸覺傳感器在醫療監測領域受到了廣泛的關注。然而，大多數以前的傳感器是由非綁定多層組裝，并建立在密封基板上，阻礙了可穿戴性和舒適性。河北工業大學孟垂舟團隊采用靜電紡絲和噴霧干燥技術，開發了一種基于全納米纖維網絡的超薄透氣觸覺傳感器。該傳感器是通過將導電Cog0/PEDOT:PSS/AgNW電極在單離子IL/TPU織物電解質墊的兩側直接噴繪而成的，其總厚度僅為40um，可在任何曲面上進行保形附著。高度多孔的納米纖維網絡使傳感器具有較高的透氣性和透濕性，確保了長時間佩戴的良好舒適性。基于贗電容傳感機制和納米纖維微結構，該傳感器具有79.5kPa的超高靈敏度、40ms的快速響應時間和38kPa的寬檢測范圍。可靠性測試表明，該傳感器能夠在測試儀上輸出穩定、可重復的傳感信號，可進行5kPa的加載/卸載循環10000次以上，并可連續檢測足部沖壓和彎頭彎曲動作達5000s以上。通過傳感器單元監測手臂擺動和肘部彎曲以及通過傳感器陣列識別手勢也演示了實際可穿戴傳感應用。

中科院福建物構所吳立新團隊借助熔融沉積建模3D打印和原位噴涂技術開發了一種可擴展、高導電性、低填充物含量的柔性壓阻式傳感器。在3D打印傳感器的過程中，石墨烯懸浮液被噴灑在每一層上，這有助于在打印系統的表面和界面上形成導電網絡。沉積在整個表面的石墨烯經常受到納米顆粒分層的影響，并隨著時間的推移失去其功能。為了避免這種情況，制備的樣品進行發泡。泡沫工藝通過形成微孔結構創造了低質量密度的傳感器，并且表面沉積的石墨烯很好地嵌入了TPU表面。在這項工作中采用的方法揭示了一個穩定和連接的傳導路徑，具有優異的電阻和對惡劣條件(暴露于有機溶劑)的抵抗力。此外，該傳感器在80%的嚴重壓縮應變下依舊能保持其靈敏度，其GF為1.82,靈敏度為2.316kPa。導電網絡路徑隨填充模式的不同而變化從而影響其電靈敏度。擺動模式表現出良好的阻力;在拉伸作用下，該模式比其他模式產生更高的電流，并表現出延遲的導電路徑斷開。因此，嵌入式石墨烯/TPU導電傳感器具有良好的穩定性和良好的靈敏度。此外，該傳感器還可用于監測人體的運動和動作。

柔性壓力傳感器在電子皮膚、人機交互、健康監測等領域有著廣泛的應用。開發具有機械柔性、高靈敏度、快速響應時間和寬檢測范圍的傳感器仍然是一個巨大的挑戰。河北工業大學孟垂舟團隊本文設計與制造了一種新型柔性超電容壓力傳感器，其器件結構為平面電極結合多孔離子凝膠。利用雙電層電容和微結構有機凝膠電解質，該傳感器具有超高靈敏度(1126.96kPa4、寬檢測范圍(300kPa)快速響應時間(25 ms)和超過6000次壓縮釋放循環的優異穩定性。該壓力傳感器具有穩定的性能，可用于手指按壓、頸動脈脈搏測量和手指彎曲等多種應用。這項工作為制造在可穿戴電子產品中有前途的柔性和超靈敏壓力傳感器提供了一種簡便且經濟的方法。

對人體健康狀況的持續實時監測是追求高質量現代生活的關鍵，的可穿戴壓力傳感器的研究備受關注。然而，之前的大多數傳感器都是建立在不透氣的柔性基板上，在長期附著在皮膚上后會導致皮膚炎癥。河北工業大學孟垂舟團隊開發了一種柔性和透氣的壓力傳感器，我們開發了一種基于修飾有MXene作為織物電極和離子凝膠作為織物電解質的無紡布的柔性透氣壓力傳感器。由于超級電容式離子電子傳感機制和納米級堆疊MXene包裹在微尺度織物框架上的層次化結構的優勢，優化后的壓力傳感器具有31.40kPa2(0-10kPa)的高靈敏度、高達80kPa的寬檢測范圍、45ms的短響應時間以及出色的重復性和循環性。該織物傳感器可以無縫編織到紡織品中，用于實用的可穿戴傳感，并且能夠檢測手腕處細微的動脈脈搏和胸部微弱的呼吸節律，而不會影響佩戴者的舒適度。通過簡單的制造過程將開發的織物傳感器結合到常用服裝中，有望實現舒適的健康診斷。

柔性壓力傳感器在電子皮膚、人機交互和健康監測領域有著廣闊的應用。開發具有機械靈活性且有高靈敏度、快速響應時間和寬檢測范圍的傳感器仍然是一個巨大的挑戰。河北工業大學孟垂舟團隊報道了一種新型柔性超電容式壓力傳感器的設計與制備方法，該傳感器采用多孔離子凝膠摻入平面電極的結構。利用雙電層電容和微結構有機凝膠電解質的優勢，其開發的傳感器具有超高的靈敏度(1126.96kPa2)、檢測范圍寬(300 kPa)、響應時間快(25ms)，在6000次壓縮釋放循環中具有出色的穩定性。所提出的壓力傳感器具有一致且穩定的性能，可用于許多應用，例如手指按壓、彎曲以及頸動脈脈搏測量。

作為可穿戴傳感裝置，它不僅要具有良好的透氣性以保證長期佩戴的舒適性，還需要具有防水能力以避免汗液侵蝕。然而，大多數報道的工作只具有透氣性或防水性，這極大地限制了它們的應用。在該篇工作中，研究人員通過3D直寫和噴涂的方法，設計并制作了一種基于無紡布的防水透氣傳感器。超級電容的傳感原理和纖維的微觀不均勻結構賦予傳感器高靈敏度(77.19kPa-1、寬檢測范圍(0-65kPa)快速響應速度(50ms內)、循環穩定性(超過10,000次循環)。硬脂酸(STA)涂層方法使傳感器具有優異的疏水性(水接觸角約為160.9%和防水能力，可以在潮濕環境甚至水下正常工作。得益于纖維天然的微孔結構，該傳感器具有優異的透氣性(359.4mms-1）。因此，基于織物的傳感器可以在正常的露天和水下環境中監測人體運動和生理信號并識別手勢，顯示出其在水下應用方面的巨大潛力。

可穿戴壓力傳感器因其在醫療監測和人機交互方面的潛在應用而引起了人們的極大興趣。然而，由于在多孔基底上構建微結構的難度，同時實現可穿戴電子產品的高靈敏度、低檢測限、快速響應和出色的透氣性仍然是一個關鍵挑戰。本文受人體皮膚棘狀微結構的高度靈敏觸覺感知的啟發，通過組裝基于MXene的傳感電極和基于MXene的交錯電極，設計和制造了一種仿生柔性壓力傳感器。產品仿生傳感器表現出良好的靈活性和合適的透氣性(165.6 mms-1)，可與典型的透氣服裝相媲美。得益于仿生間歇結構的兩級放大效應，本產品仿生傳感器在整個傳感范圍內表現出超高靈敏度(1368.9kPa-1)、超快響應(20ms)、低檢測限(1Pa)和高線性響應(R2=0.997)。此外，壓力傳感器可以通過親密的皮膚接觸實時檢測大范圍的人體運動，為生物醫學監測和個人醫療診斷提供重要數據。該原理為開發類似人體皮膚的高靈敏度、快速響應觸覺傳感器奠定了基礎。

柔性壓力傳感器在智能機器人、醫療監護和人機界面等領域顯示出巨大的應用潛力。然而，如何協調高靈敏度和寬線性傳感范圍之間的平衡是一個關鍵挑戰。杭州師范大學受人體皮膚微結構的啟發提出了一種具有軟硬協同互鎖(SHSI)微結構的壓阻式壓力傳感器，在保持較寬線性傳感范圍的同時提高了靈敏度。所提出的SHSI傳感器由一個具有棘狀結構的軟傳感層和一個具有圓頂結構的硬電極層面對面組裝而成。SHSI微結構的設計使傳感器在壓力下具有高效的機械刺激放大和一致的壓縮性。因此，所制備的SHSI傳感器同時表現出高達67.1kPa-1的靈敏度和高達650kPa的線性工作范圍。同時，該傳感器具有檢測極限低(7Pa)、響應快(40ms)、恢復快(37 ms)以及超過10000次循環的穩定性和耐久性。基于這些出色的傳感性能，SHSI傳感器已成功應用于生理信號監測和可穿戴人機界面等領域。

表面生物電位干電極是長期健康監護系統的重要組成部分。在長期動態監測過程中，皮膚/電極之間的壓力波動會影響心電信號的采集，降低系統的穩定性。天津工業大學研究通過在仿蒼耳子倒鉤結構（Fructus xanthii-inspired barb structure, FXbs）的Ag/AgCl-TPU干電極背面運用點膠工藝打印交互電路，將微納米錐PANI/PMMA柔性導電膜封裝在FXbs干電極背面，構建了可同步采集壓力信號和心電信號的多功能傳感器和監測服，可監測人體動作。探究不同壓力、速度和運動狀態下壓力波動對心電信號采集質量的影響。在模擬儀器中，當壓阻變化率達到值51.41%時，ECG的波動范圍最小，為0.99 mV。在人體皮膚表面，翻身狀態下壓阻變化率和ECG波動幅度，分別為5.02%和5.99 mV。可為研究壓力波動對人體皮膚表面ECG信號的影響提供參考，同時可為電極/電解質界面動態噪聲機理的研究提供實驗方法和依據。

基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）微結構設計的柔性離子型壓力傳感器兼具高靈敏度與寬檢測量程，但 PDMS材料與離子介質本身相容性較差，易引發離子泄漏，進而導致器件性能衰減。本文研制出一種多孔離子型壓力傳感器（PIPS），基底采用PDMS泡沫材料。研究通過原位復合工藝，將離子液體/聚偏氟乙烯（IL/PVDF）凝膠電解質填充至PDMS三維多孔網絡中，在孔道內部形成穩固的交聯結構。該方法可在微觀尺度下實現離子液體的封裝與固定，有效抑制離子泄漏，保障器件長期使用的穩定性。所制備的多孔離子型壓力傳感器性能優異：在3~110 kPa壓力區間內，靈敏度達2.62 kPa-1；110~500 kPa 區間靈敏度為0.91 kPa-1，兼顧高靈敏度與寬檢測范圍。傳感器檢出限低至10 Pa，響應時間僅51 ms，歷經3000余次循環工作后性能依舊穩定。憑借出色的靈敏度與穩定性，該傳感器已成功應用于人體生理信號監測、柔性傳感陣列以及無線無源傳感場景。本研究為制備高性能、高可靠性的柔性壓力傳感器提供了全新思路，在傳感技術領域具備廣闊的應用前景。

 點一下你會更好看耶

找到我們

- 微信號 -

- 視頻號 -