ACS Nano：基于高性能仿生微结构的MXene基柔性压阻传感器

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近年来，柔性可穿戴传感器在人体监测、生物医学研究和人机交互等方面的巨大潜力而备受关注。对人类活动（例如血压、脉搏和肢体运动等）的实时监控和信息反馈在生物医学研究、疾病诊断和及早治疗中至关重要。目前为止，已经报道了电容式、压阻式、压电式和摩擦电式等类型的可穿戴功能电子器件。压阻传感器是一种随着应力变化转化为电阻变化的传感器，具有高灵敏度、快速的信号响应、低的制造成本和可靠的稳定性等优点，被认为是下一代传感器的有力候选者。尽管已经对压阻传感器的研究取得了很大的进展，但是，低成本、大规模制备、高灵敏度压阻传感器的制备仍然面临着巨大的挑战。

【研究成果】

华中科技大学武汉光电国家研究中心李露颖副教授和高义华教授课题组在国际知名期刊ACS Nano上发表题为“Bioinspired Microspines for a High-Performance Spray Ti3C2Tx MXene-Based Piezoresistive Sensor”的研究论文。报道了受一种人类皮肤启发高灵敏度的仿生传感器，通过简单的砂纸模版印刷工艺成功设计和制备了具有随机分布的微结构的MXene压阻传感器。该传感器易于大规模制备、低成本、高灵敏度、超薄形态，可以灵活的附着在皮肤上，并且有望应用于可穿戴电子产品。重要的是，随机分布的微结构可以有效地增大导电通道的接触面积，并改善传感器的性能：灵敏度高（151.4 kPa^-1）、响应时间短（<130 ms）、小压力检测（4.4 Pa），并在10000个周期内具有出色的稳定性。压阻传感器可以实现人体实时监测、细微应力检测以及压力分布量化，在人体监测、医学检测、柔性可穿戴和人机交互表现出巨大的潜力。

【图文速览】

图1.仿生微结构的压阻传感器的设计和组装示意图。

图2. MAX相、MXene纳米片和随机分布的MXene的PDMS的表征。

图3.MXene压阻传感器的机电性能。

图4.MXene传感器的传感机制以及FIB-SEM中的装卸动态过程的照片。

图5.MXene压阻传感器在实时监测人类活动和小应力信号中的应用。

图6.（a）MXene压阻传感器的4×4阵列的照片以及相应压力分布的检测。（b）组装在机器人上的压力传感器的照片，并检测其对运动行为的响应。（c）压阻传感器通过蓝牙将电流信号输出到移动设备的显示屏。

文献链接：DOI: 10.1021/acsnano.9b08952