高性能復合泡沫應變傳感器，用于高效監測人體運動

　　總所周知，柔性應變傳感器可有效檢測來自人體的物理信號，因而在可穿戴電子設備中具有重要意義。在一系列已報導的應變傳感器中，泡沫基傳感器基于其輕質、透氣性優異而受到更加廣泛的關注。然而，此類傳感器工作范圍仍不夠寬，同時其靈敏性還有待進一步提高。鑒于此，南京工業大學先進材料研究院的黃維院士團隊報導了一種高性能的(寬的工作范圍、高的器件靈敏度)的泡沫型應變傳感器，其由MXene (Ti₃C₂T_X)、多壁碳納米管(MWCNT)、熱塑聚氨酯(TPU)通過簡單的鹽模板法制備而成(圖一)。所得的TPU/MWCNTs@MXene泡沫傳感器件可以提供高達約100% 的工作應變范圍，同時靈敏度高達363，優于現今所報道的最先進的泡沫型應變傳感器。此外，該復合泡沫材料還具有良好的透氣性和接近皮膚的彈性模量，表明其作為一種可穿戴傳感器擁有很高的舒適性。因此，基于上述結構與性能上的優勢，該傳感器可有效檢測諸如人體關節運動、手指運動和聲帶振動等物理信息。此外，其還可用于手勢識別，進而在人機交互領域展現出潛在應用前景。該成果最近以題為“High-Performance Foam-Shaped Strain Sensor Based on Carbon Nanotubes and Ti₃C₂T_x MXene for the Monitoring of Human Activities”發表于國際知名期刊《ACS Nano》上。

　　圖1. 制備TPU/MWCNTs@MXene泡沫傳感器件的工藝流程圖。

　　文章亮點：

　　1. 本文通過一種簡單且經濟的鹽模板法，制備出一種含有TPU/MWCNT/MXene的高性能泡沫傳感器，其具有高達363的靈敏度和高達100%的應變范圍。

　　2. 制備所得的應變傳感器在加卸載循環測試下也展現出良好的循環穩定性，因而在檢測人體運動信息檢測方面(例如手指/肩膀/膝蓋彎曲，嘴巴張開，喉嚨振動)展現出極大的應用潛力。

　　3. 該器件基于其獨特的多孔泡沫結構具有接近皮膚的透氣性以及彈性模量，表明了其在柔性可穿戴電子設備領域具有極佳的應用潛力。

　　圖2. TPU/MWCNTs@MXene復合泡沫傳感器件結構(a), 機械性能(b), 透氣性(c)表征。

　　圖3. TPU/MWCNTs@MXene復合泡沫傳感器用于檢測人體各種運動。