在人工智能、智能醫(yī)療、機(jī)器人等尖端領(lǐng)域，對(duì)細(xì)微機(jī)械信號(hào)的精準(zhǔn)檢測(cè)需求非常廣泛。壓阻式壓力傳感器作為關(guān)鍵的傳感檢測(cè)技術(shù)之一，其豐富的敏感材料選擇和簡(jiǎn)單的制備工藝，為它賦予了廣闊的發(fā)展空間。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，來自南開大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和武漢大學(xué)的研究人員共同合作，利用MXene與超柔性聚硅氧烷（PGPDMS）交聯(lián)形成具有多級(jí)納米通道結(jié)構(gòu)的復(fù)合氣凝膠（以下簡(jiǎn)稱：MXene復(fù)合氣凝膠），可作為壓阻材料進(jìn)行超靈敏壓力檢測(cè)，并且具備超低的檢測(cè)限和快速的響應(yīng)及恢復(fù)時(shí)間。該研究成果已發(fā)表于Nature Communications期刊。

在該項(xiàng)研究中，研究人員提出一種新的策略，利用導(dǎo)電MXene納米片和聚硅氧烷構(gòu)建出具有分層多級(jí)蜂窩壁結(jié)構(gòu)的超軟MXene復(fù)合氣凝膠，該氣凝膠具有超低的楊氏模量（約140Pa）、優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性和拉伸彈性（高達(dá)80%）。

MXene復(fù)合氣凝膠制備過程示意圖

MXene復(fù)合氣凝膠的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能

基于MXene復(fù)合氣凝膠的壓阻式壓力傳感器在感測(cè)細(xì)微的機(jī)械信號(hào)方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，可以檢測(cè)到最低0.0063Pa壓力信號(hào)，在0-0.02Pa超低壓力范圍內(nèi)的檢測(cè)靈敏度超過1900kPa?1，且具有優(yōu)異的傳感穩(wěn)定性，經(jīng)過1萬次壓縮循環(huán)后，靈敏度仍能保持在1800kPa?1以上。

對(duì)基于MXene復(fù)合氣凝膠的壓阻式壓力傳感器進(jìn)行細(xì)微壓力傳感性能表征

該MXene復(fù)合氣凝膠由于其優(yōu)異的自愈能力、粘附性能和可穿戴能力，在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和智能檢測(cè)方面具有巨大的潛力。臨床實(shí)踐中，以非侵入性方式連續(xù)準(zhǔn)確地對(duì)極其微弱的頸靜脈（IJV）脈沖波形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非常困難。在該項(xiàng)目中，研究人員將基于MXene復(fù)合氣凝膠的柔性壓力傳感器放在志愿者脖子周圍，以非侵入性方式測(cè)量到了頸動(dòng)脈（CA）和頸靜脈的中央血壓波形和脈動(dòng)，證明了該傳感器可以為頸靜脈監(jiān)測(cè)提供一種有效的非侵入性方法。

基于MXene復(fù)合氣凝膠的壓阻式壓力傳感器在檢測(cè)細(xì)微力信號(hào)中的應(yīng)用

該MXene復(fù)合氣凝膠還可以組裝成靈活的壓力傳感陣列，用于各種需要檢測(cè)極弱機(jī)械信號(hào)的尖端應(yīng)用。研究人員構(gòu)建了一個(gè)靈活的5×5壓力傳感陣列，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蚊子（約1.75mg）降落、起飛信號(hào)的檢測(cè)，并繪制了頭發(fā)（約0.21mg）的靜態(tài)壓力分布，證明了其對(duì)細(xì)微動(dòng)態(tài)或靜態(tài)負(fù)載的高度靈敏性，未來有望在超靈敏觸覺傳感和電子皮膚應(yīng)用中發(fā)揮巨大潛力。

這項(xiàng)研究為開發(fā)具有高靈敏度和低檢測(cè)限的壓阻材料開辟了新的途徑，同時(shí)也為開發(fā)能精準(zhǔn)檢測(cè)超弱機(jī)械信號(hào)的超靈敏傳感器提供了新的思路。

論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-022-28760-4

審核編輯 ：李倩