在一個技術(shù)與日常生活無縫融合的時代，柔性和可穿戴壓力傳感器的出現(xiàn)標(biāo)志著一個重要的里程碑，特別是在需要精度和創(chuàng)新的領(lǐng)域，如醫(yī)療保健、機器人和消費電子產(chǎn)品。這些傳感器以其多功能性而聞名，在推進(jìn)醫(yī)療診斷、增強機器人功能和豐富用戶與電子設(shè)備的交互方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。尤其是醫(yī)療保健行業(yè)，已經(jīng)發(fā)生了革命性的轉(zhuǎn)變，采用了可穿戴技術(shù)，為監(jiān)測和診斷提供了的便利，從而重新定義了患者護(hù)理模式。

然而，走向的旅程充滿了挑戰(zhàn)。追求具有高靈敏度和廣泛響應(yīng)范圍的傳感器往往與制造復(fù)雜性和成本限制的實用性相沖突。就壓阻式壓力傳感器而言，實現(xiàn)高靈敏度通常涉及通過形態(tài)/結(jié)構(gòu)工程增強材料導(dǎo)電性或設(shè)計結(jié)構(gòu)化傳感材料。前者依賴于材料的電性能來引起電阻變化，但在靈敏度增強方面存在局限性。相反，后者利用彈性材料的表面微觀結(jié)構(gòu)來最初改變傳感器接觸點，從而產(chǎn)生更高的初始電阻并促進(jìn)實質(zhì)性的電阻變化。盡管如此，利用這些表面微觀結(jié)構(gòu)的傳感器通常表現(xiàn)出低于10 kPa?1的靈敏度以及有限的傳感范圍，這是智能機器人操縱或輕柔操縱物體中觸覺傳感的基本要求。在結(jié)構(gòu)化方法中，已經(jīng)提出了多孔結(jié)構(gòu)來提高傳感性能，從而提高了變形能力，提高了靈敏度。已經(jīng)開發(fā)出具有足夠?qū)щ娦缘幕ミB多孔材料，包括泡沫、海綿、氣凝膠、紙張和基于織物的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。盡管如此，這些結(jié)構(gòu)在高壓下通常表現(xiàn)出壓縮接觸飽和，導(dǎo)致小于100 kPa的相對較窄的傳感范圍。為了進(jìn)一步提高壓力傳感器的傳感性能，引入了一種多尺度分層結(jié)構(gòu)策略來增強壓阻式壓力傳感器的性能。這包括內(nèi)在層次結(jié)構(gòu)、多層堆疊層次結(jié)構(gòu)和層次組合微結(jié)構(gòu)。許多多尺度層次結(jié)構(gòu)從納米到微米。一種創(chuàng)新的設(shè)計利用了由碳納米管（CNT）、微尺度棘微結(jié)構(gòu)和毫尺度拱形層結(jié)構(gòu)組成的納米級導(dǎo)電膜之間的相互協(xié)同作用，以優(yōu)化壓力傳感器中的壓縮接觸。該設(shè)計具有高靈敏度（15.1 kPa?1）和寬檢測范圍（180 kPa）。此外，還開發(fā)了一種具有微粗糙和多孔結(jié)構(gòu)的組合層次結(jié)構(gòu)。這種方法涉及使用雙面錐形碳泡沫陣列構(gòu)建傳感層，該陣列集成了錐形微觀結(jié)構(gòu)和微觀孔隙率，這是提高壓阻材料靈敏度（24.6 kPa?1）和傳感范圍（1.4 MPa的超寬線性范圍）的兩種常用方法。顯然，這種復(fù)合傳感材料的結(jié)構(gòu)策略增加了可變形空間，增強了材料的變形能力，提高了材料的靈敏度，拓寬了傳感范圍。同時，這種策略需要不同的微觀結(jié)構(gòu)很好地相互匹配，這增加了復(fù)合傳感材料制造過程的難度。簡而言之，各種制造方法可以滿足高靈敏度和寬傳感范圍的要求，但制備敏感材料的需求仍然相對較高，涉及光刻、皮秒激光應(yīng)用、高溫工藝、真空沉積等技術(shù)。因此，制造低成本、高性能和大規(guī)模的壓力傳感器仍然存在挑戰(zhàn)。

迄今為止，用于檢測生理信號的可穿戴壓力傳感器主要使用超薄基板，如聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺和硅彈性體。相比之下，由纖維素纖維組成的紙張被視為可穿戴電子產(chǎn)品的廉價、一次性和可生物降解的基材。此外，它符合綠色電子原則，強調(diào)對電子廢物進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕厥蘸吞幚恚苑乐弓h(huán)境污染，促進(jìn)資源回收。因此，該論文在各種傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，包括生物傳感器、化學(xué)傳感器和用于記錄機械刺激反應(yīng)的機械傳感器，在綠色電子領(lǐng)域中作為一種環(huán)保和一次性產(chǎn)品。大多數(shù)紙質(zhì)壓阻式壓力傳感器利用微纖維和多孔結(jié)構(gòu)，通過涂覆MXene、導(dǎo)電聚合物、石墨烯、CNTs、Ag納米線等薄膜形成復(fù)合傳感層來增強傳感性能。然而，這些復(fù)合傳感材料通常缺乏多尺度層次結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致靈敏度和檢測范圍不令人滿意，實際上，達(dá)到300 kPa的壓力水平對于模仿人類的壓力感知至關(guān)重要。盡管如此，現(xiàn)有的復(fù)合傳感材料的制造工藝相對復(fù)雜，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。因此，為了獲得多尺度層次結(jié)構(gòu)并簡化材料制造過程，應(yīng)該開發(fā)一種巧妙的復(fù)合傳感材料作為更有前景的選擇。

來源：傳感器專家網(wǎng)