柔性压阻式传感器由于其结构简单等优势，目前已经吸引了广泛的研究，而能够兼容高压与微弱压力检测的传感器对于生理健康监测和人机交互等应用至关重要。虽然科研人员通过在敏感层中引入各种优化策略，已经实现了多种具备高性能的柔性压阻式传感器，但是现有传感器通常依赖单一压缩机制(如仅仅依靠接触面积的变化)，在高压力场景下，会由于微结构的僵化，快速出现饱和响应，无法对微小的压力变化进行检测，因此难以满足高压应用场景的需求。
近日，我院刁东风、张希团队在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊上发表论文（影响因子：18.5），其研究聚焦于一种具备同步压缩机制的超宽量程微绒毛柔性压力传感器的探究，该传感器具备的同步压缩机制可实现超宽范围压力监测。该同步压缩机制包含：（1）微绒毛结构诱导的电子转移增强，（2）微结构接触面积增大，（3）整体压缩时的多壁碳纳米管间距减小。在高压阶段，这些机制协同作用引起电阻变化。因此，该传感器可在半月板模拟的极端高压条件（750 kPa）下检测5 kPa的压力变化（商用传感器在此条件下无法产生响应）。
图1 微绒毛微结构压力传感器概念
图2 传感器性能测试与对比
图3 基于微绒毛微结构柔性压力传感器的柔性混合电子系统设计与测试
图4 基于微绒毛微结构柔性压力传感器的人机交互应用与末端执行器触觉感知
该传感器具有58.88 kPa⁻¹的高灵敏度、50 Pa至782.5 kPa的超宽工作范围、9 ms的快速响应时间以及优异耐久性（在250 kPa压力下循环10,000次）。这种柔性压力传感器还展现出多场景应用的潜力。本文提出的同步压缩机制可为未来高性能柔性传感器的设计提供新思路。
本研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市优秀科技创新人才培养等项目的支持。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202425774
撰写：张希
排版：陈仕发
一审一校：任露洋
二审二校：马将
三审三校：郑纯
微信公众号