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(diǎn)。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(jī)交互和可穿戴電子設(shè)備的關(guān)鍵。傳感器在人類活動(dòng)監(jiān)測(cè)，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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和人類活動(dòng)的信息反饋，例如血壓，脈搏，肢體運(yùn)動(dòng)等，在生物醫(yī)學(xué)研究，疾病診斷和及時(shí)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(guó)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(guó)家研究中心李露穎副教授和高義華教授團(tuán)隊(duì)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(diǎn)，是一種很有前途的壓力傳感器電極材料，在能源儲(chǔ)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(jī)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?jī)?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(duì)較短的響應(yīng)時(shí)間（<130 ms），超低的壓力檢測(cè)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(dòng)態(tài)揭示了傳感器的高靈敏度傳感機(jī)理。受生物啟發(fā)的隨機(jī)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(cè)極限。該傳感器在監(jiān)視人體生理信號(hào)，定量檢測(cè)壓力分布以及實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)視智能機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方面表現(xiàn)出卓越的性能，可以應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)測(cè)、智能人機(jī)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(shí)間短（<130 ms），壓力檢測(cè)極限?。?.4 Pa），并具有出色的穩(wěn)定性。傳感器可以實(shí)際應(yīng)用于人體活動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，細(xì)微壓力的檢測(cè)及壓力分布的定量顯示，其在人體活動(dòng)檢測(cè)，醫(yī)療監(jiān)控，靈活的佩戴和人機(jī)交互有巨大的應(yīng)用潛力。
該工作得到了國(guó)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(fèi)專項(xiàng)資金（No.2017KFYXJJ039）等項(xiàng)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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