中北大学研发新型柔性压力传感器，实现高灵敏度与快速响应

中北大学研发新型柔性压力传感器，实现高灵敏度与快速响应

引用

澎湃

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https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_29906880

中北大学研究团队开发了一种新型多孔MXene/纤维素纳米纤维复合材料，用于制造高性能柔性压力传感器。这种传感器具有高灵敏度、宽检测范围和快速响应时间等特点，在电子皮肤、医疗诊断和人机交互等领域展现出广阔的应用前景。

研究背景与目的

柔性压力传感器在柔性电子皮肤、医疗诊断、人机交互等领域有着广泛的应用前景。为了实现这些应用，制造具有高性能的多孔结构压力敏感层成为当前研究的热点。

创新制备方法

研究团队提出了一种基于真空过滤和酸碱中和反应的方法，用于快速制备具有表面补丁状突起和多孔复合结构的机械敏感增强结构。这种结构的关键在于使用MXene二维材料作为导电层，同时加入纤维素纳米纤维（CNF）作为添加剂。

传感器性能

这种新型传感器展现出优异的性能：

• 高灵敏度：达到21.457 kPa⁻¹
• 宽检测范围：0.11–11.022 kPa
• 快速响应/恢复时间：41.84 ms/20.82 ms
• 优异的稳定性和循环重复性：可承受高达6000次循环

应用与系统开发

研究团队还开发了一个配备五个压力传感器的小型化柔性无线反馈系统，该系统具有低功耗传输、实时显示和无线传输功能。此外，通过将检测到的压力信号输入卷积神经网络（CNN）模型，实现了9种手势的准确识别，准确率高达98.22%。

实验技术与方法

在制备过程中，研究团队采用了多种先进的实验技术：

• 使用磁控溅射技术在PI膜基底上制备指间电极
• 通过真空过滤和酸碱中和反应制备多孔复合结构
• 利用X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）等手段对材料进行表征

应用与展望

这种智能柔性压力传感器系统在人机交互和医疗诊断等领域展现出巨大的潜力。研究团队表示，这项成果为未来智能可穿戴传感器的生产提供了重要的参考价值。

图1：(a) 多孔MXene/纤维素纳米纤维（CNF）薄膜的制备方案(b) MXene/CNF压力传感示意图

图2：MXene纳米片的形态与结构表征

图3：MXene/纤维素纳米纤维（CNF）压力传感器的作用机制

图4：MXene/纤维素纳米纤维（CNF）多孔薄膜压力传感器的性能表征

图5：MXene/纤维素纳米纤维（CNF）压力传感器在人体应用中的演示

图6：MXene/纤维素纳米纤维（CNF）压力传感器的实际应用示例

本文原文来自：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159369