在人工智能、智能醫(yī)療、機器人等尖端領(lǐng)域，對細微機械信號的精準檢測需求非常廣泛。壓阻式壓力傳感器作為關(guān)鍵的傳感檢測技術(shù)之一，其豐富的敏感材料選擇和簡單的制備工藝，為它賦予了廣闊的發(fā)展空間。

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

在該項研究中，研究人員提出一種新的策略，利用導電MXene納米片和聚硅氧烷構(gòu)建出具有分層多級蜂窩壁結(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)異的機械穩(wěn)定性和拉伸彈性（高達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)和機械性能

基于MXene復(fù)合氣凝膠的壓阻式壓力傳感器在感測細微的機械信號方面具有顯著的優(yōu)勢，可以檢測到最低0.0063Pa壓力信號，在0-0.02Pa超低壓力范圍內(nèi)的檢測靈敏度超過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。

對基于MXene復(fù)合氣凝膠的壓阻式壓力傳感器進行細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，在人體運動檢測和智能檢測方面具有巨大的潛力。臨床實踐中，以非侵入性方式連續(xù)準確地對極其微弱的頸靜脈（IJV）脈沖波形進行實時監(jiān)測非常困難。在該項目中，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，以非侵入性方式測量到了頸動脈（CA）和頸靜脈的中央血壓波形和脈動，證明了該傳感器可以為頸靜脈監(jiān)測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細微力信號中的應(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，用于各種需要檢測極弱機械信號的尖端應(yīng)用。研究人員構(gòu)建了一個靈活的5×5壓力傳感陣列，實現(xiàn)了對蚊子（約1.75mg）降落、起飛信號的檢測，并繪制了頭發(fā)（約0.21mg）的靜態(tài)壓力分布，證明了其對細微動態(tài)或靜態(tài)負載的高度靈敏性，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。

這項研究為開發(fā)具有高靈敏度和低檢測限的壓阻材料開辟了新的途徑，同時也為開發(fā)能精準檢測超弱機械信號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