近年來，隨著柔性電子學(xué)的發(fā)展，輕、薄、柔的低成本、可穿戴、大規(guī)模制備的柔性傳感器逐漸成為了一大研究熱點。高靈敏度、快速響應(yīng)、易集成、低能耗的柔性壓力傳感器是人機交互和可穿戴電子設(shè)備的關(guān)鍵。傳感器在人類活動監(jiān)測，生物醫(yī)學(xué)研究，人工智能交互等方面的具有巨大的應(yīng)用潛力。實時監(jiān)測和人類活動的信息反饋，例如血壓，脈搏，肢體運動等，在生物醫(yī)學(xué)研究，疾病診斷和及時治療中至關(guān)重要。然而，在低成本、高靈敏度、大規(guī)模制備的壓阻傳感器上仍面臨巨大挑戰(zhàn)。
2020年2月10日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《ACS?Nano》在線發(fā)表了華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心李露穎副教授和高義華教授團隊的最新研究成果“仿生微結(jié)構(gòu)的高性能噴涂Ti3C2Tx（MXene）基壓阻傳感器”?（Bioinspired Microspines for a High-Performance Spray?Ti3C2Tx?MXene-Based PiezoresistiveSensor）。
在最新研究中，Ti3C2Tx（MXenes）具有二維結(jié)構(gòu)，高導(dǎo)電性，合成工藝可控等優(yōu)點，是一種很有前途的壓力傳感器電極材料，在能源儲能、電磁屏蔽、催化、光電及傳感器等領(lǐng)域有廣泛的用途。受二維Ti3C2Tx（MXenes）的特定結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的金屬導(dǎo)電性以及隨機分布的微結(jié)構(gòu)（類似人體皮膚）傳感效果的啟發(fā)，我們使用可大規(guī)模制備的模板印刷工藝法，噴涂優(yōu)異導(dǎo)電性的MXene材料，制造了高度敏感的柔性壓阻傳感器。所獲得的壓阻傳感器顯示出高靈敏度（151.4 ?kPa-1），相對較短的響應(yīng)時間（<130 ms），超低的壓力檢測極限（4.4 Pa）以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性（超10,000次）的優(yōu)異性能。結(jié)合力學(xué)原位電子顯微鏡研究技術(shù)以及有限元理論模擬，從結(jié)構(gòu)角度和理論力學(xué)角度動態(tài)揭示了傳感器的高靈敏度傳感機理。受生物啟發(fā)的隨機微結(jié)構(gòu)可以有效地提高壓力傳感器的靈敏度和壓力檢測極限。該傳感器在監(jiān)視人體生理信號，定量檢測壓力分布以及實時遠(yuǎn)程監(jiān)視智能機器人運動方面表現(xiàn)出卓越的性能，可以應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)測、智能人機交互、可穿戴智能設(shè)備等多領(lǐng)域中。
【圖文導(dǎo)讀】
【本文總結(jié)】
該壓阻傳感器具有易于大規(guī)模制備，低成本，高靈敏度，超薄形態(tài)，附著于皮膚上的靈活性，有望成為可穿戴電子候選者。壓力傳感器的性能得到了極大的改善，靈敏度高（151.4 ?kPa-1），響應(yīng)時間短（<130 ms），壓力檢測極限?。?.4 Pa），并具有出色的穩(wěn)定性。傳感器可以實際應(yīng)用于人體活動的實時監(jiān)控，細(xì)微壓力的檢測及壓力分布的定量顯示，其在人體活動檢測，醫(yī)療監(jiān)控，靈活的佩戴和人機交互有巨大的應(yīng)用潛力。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金（51871104，11674113,11874025，11904091），湖北省自然科學(xué)基金（2017CFB417, 2019CFB259）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金（No.2017KFYXJJ039）等項目資助。李露穎副教授和高義華教授為論文共同通訊作者，碩士研究生程永發(fā)為第一作者，馬亞楠副教授，朱蒙，岳陽副教授，劉偉杰，王龍飛，賈雙鳳，李陳，戚天宇，王建波教授為共同作者參與相關(guān)工作。
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