基于CNTs/MXene协同异质界面的高灵敏度柔性压力传感器

摘要

面向可穿戴电子与健康监测对高灵敏柔性压力传感器的需求，针对柔性器件中导电网络受压重构效率不足、灵敏度受限的问题，提出一种基于一维碳纳米管（CNTs）与二维MXene协同异质界面的结构设计策略，并阐明了CNTs/MXene异质界面受压过程中的接触演化行为。以静电纺丝制备的三维多孔热塑性聚氨酯（TPU）纳米纤维膜为柔性骨架，结合喷涂工艺分别制备CNTs/TPU膜和MXene/TPU膜，并组装构筑TPU/CNTs/MXene/TPU传感器。在低压区，CNTs与MXene间快速形成“线-面”导电桥接通路，使得界面接触电阻显著变化，从而赋予器件高灵敏响应；随着压力增加，异质接触点持续演化，使得器件保持稳定有效输出。结果表明，该器件灵敏度最高可达211.30 kPa^-1,检测范围为0～90.28 kPa,响应/恢复时间分别为94 ms和78 ms,且在3000次加载/卸载循环后仍保持稳定输出，并可用于关节运动、步态、呼吸、咳嗽及发声等信号监测，为高灵敏可穿戴人机交互系统的开发提供新的设计思路。

关键词

压力传感器 / 高灵敏度 / 静电纺丝 / 碳纳米管 / MXene

基金资助

国家自然科学基金(52275478)