當前，柔性壓力傳感器在健康監測、人機交互、智能假肢及電子皮膚等前沿領域不斷實現技術突破。在物聯網、大數據、人工智能等新興技術推動下，其應用深度持續拓展，特別是在復雜工業場景中展現出獨特優勢。但當前仍存在一些挑戰：當傳感器處于高壓環境下，其內部介質材料的壓縮模量急劇增加，致使器件靈敏度快速衰減，嚴重制約了其應用進程。在此背景下，研發兼具大量程、高靈敏度和快速響應／恢復的新型柔性壓力傳感器，已成為重要研究方向。 近日，廈門大學吳德志教授團隊設計研發了一種基于金屬顆粒與聚合物的復合納米纖維膜的電容式柔性壓力傳感器，能夠在1.5 MPa的寬壓力范圍內穩定工作。該項工作采用靜電自組裝的方法將尖刺Ni顆粒吸附進多孔的聚酰亞胺納米纖維膜內部，以此構建尖刺Ni／PI復合納米纖維膜介電層，相較于純聚酰亞胺納米纖維膜，其傳感器靈敏度提升了4倍以上。同時配備了小尺寸可拓展式的電容式陣列傳感器及其采集系統。經測試，傳感器表現出超過1000次循環的長期穩定性和快速的響應／恢復時間（30／40 ms）。其卓越的性能表明該傳感器可應用于人體運動檢測、睡姿監測和足底壓力測量等多種場景，在可穿戴系統中具有良好的應用前景。該項工作以“High-performance flexible capacitive pressure sensor based on a spiked nickel/polyimide composite nanofiber membrane”為題，發表在期刊《ACS Sensors》上。 ? 通過靜電紡絲技術制備納米纖維膜并使用紫外激光切割將其加工為所需尺寸的圓形膜。隨后，采用絲網印刷法在上下電極表面形成圖案化分布的環氧樹脂膠粘劑層，并將納米纖維膜轉移至定制壓縮電極上下壓板中，使壓板保持穩定接觸狀態，待膠水完成固化后，最終形成如圖1d所示的雙點柔性壓力傳感器。? ? 圖1：傳感器的結構、原理及其制備工藝 將尖刺Ni顆粒和PI納米纖維膜分別放入CTAB溶液和SDS溶液中，隨后將PI納米纖維膜放入CTAB溶液，通過陰離子和陽離子的吸附，觀察到尖刺Ni顆粒吸附在納米纖維膜之間，得到尖刺Ni／PI復合納米纖維膜。 圖2：尖刺Ni/PI納米纖維膜的制備方法 ? 圖3：基于尖刺Ni／PI復合納米纖維膜柔性壓力傳感器的傳感性能 圖4：電容式柔性壓力傳感器在健康監測的應用

圖5：小尺寸柔性壓力傳感器陣列在足底壓力檢測上的實際應用

實驗結果表明，采用該方法制備的傳感器具有良好的傳感性能，快速響應／恢復時間30／40 ms、壓力檢測范圍~1.5 MPa，500 kPa下重復1000次循環機械穩定性良好。此外，通過設計可擴展的傳感器陣列，可針對各種壓力監測應用進行定制，例如人體運動檢測、睡姿監測和足底壓力監測。 論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssensors.4c03495 審核編輯 黃宇