在一个技术与日常生活无缝融合的时代，柔性和可穿戴压力传感器的出现标志着一个重要的里程碑，特别是在需要精度和创新的领域，如医疗保健、机器人和消费电子产品。这些传感器以其多功能性而闻名，在推进医疗诊断、增强机器人功能和丰富用户与电子设备的交互方面发挥着关键作用。尤其是医疗保健行业，已经发生了革命性的转变，采用了可穿戴技术，为监测和诊断提供了前所未有的便利，从而重新定义了患者护理模式。

然而，走向完美的旅程充满了挑战。追求具有高灵敏度和广泛响应范围的传感器往往与制造复杂性和成本限制的实用性相冲突。就压阻式压力传感器而言，实现高灵敏度通常涉及通过形态/结构工程增强材料导电性或设计结构化传感材料。前者依赖于材料的电性能来引起电阻变化，但在灵敏度增强方面存在局限性。相反，后者利用弹性材料的表面微观结构来最初改变传感器接触点，从而产生更高的初始电阻并促进实质性的电阻变化。尽管如此，利用这些表面微观结构的传感器通常表现出低于10 kPa−1的灵敏度以及有限的传感范围，这是智能机器人操纵或轻柔操纵物体中触觉传感的基本要求。在结构化方法中，已经提出了多孔结构来提高传感性能，从而提高了变形能力，提高了灵敏度。已经开发出具有足够导电性的互连多孔材料，包括泡沫、海绵、气凝胶、纸张和基于织物的网络结构。尽管如此，这些结构在高压下通常表现出压缩接触饱和，导致小于100 kPa的相对较窄的传感范围。为了进一步提高压力传感器的传感性能，引入了一种多尺度分层结构策略来增强压阻式压力传感器的性能。这包括内在层次结构、多层堆叠层次结构和层次组合微结构。许多多尺度层次结构从纳米到微米。一种创新的设计利用了由碳纳米管（CNT）、微尺度棘微结构和毫尺度拱形层结构组成的纳米级导电膜之间的相互协同作用，以优化压力传感器中的压缩接触。该设计具有高灵敏度（15.1 kPa−1）和宽检测范围（180 kPa）。此外，还开发了一种具有微粗糙和多孔结构的组合层次结构。这种方法涉及使用双面锥形碳泡沫阵列构建传感层，该阵列集成了锥形微观结构和微观孔隙率，这是提高压阻材料灵敏度（24.6 kPa−1）和传感范围（1.4 MPa的超宽线性范围）的两种常用方法。显然，这种复合传感材料的结构策略增加了可变形空间，增强了材料的变形能力，提高了材料的灵敏度，拓宽了传感范围。同时，这种策略需要不同的微观结构很好地相互匹配，这增加了复合传感材料制造过程的难度。简而言之，各种制造方法可以满足高灵敏度和宽传感范围的要求，但制备敏感材料的需求仍然相对较高，涉及光刻、皮秒激光应用、高温工艺、真空沉积等技术。因此，制造低成本、高性能和大规模的压力传感器仍然存在挑战。

迄今为止，用于检测生理信号的可穿戴压力传感器主要使用超薄基板，如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺和硅弹性体。相比之下，由纤维素纤维组成的纸张被视为可穿戴电子产品的廉价、一次性和可生物降解的基材。此外，它符合绿色电子原则，强调对电子废物进行适当的回收和处理，以防止环境污染，促进资源回收。因此，该论文在各种传感领域得到了广泛的应用，包括生物传感器、化学传感器和用于记录机械刺激反应的机械传感器，在绿色电子领域中作为一种环保和一次性产品。大多数纸质压阻式压力传感器利用微纤维和多孔结构，通过涂覆MXene、导电聚合物、石墨烯、CNTs、Ag纳米线等薄膜形成复合传感层来增强传感性能。然而，这些复合传感材料通常缺乏多尺度层次结构，导致灵敏度和检测范围不令人满意，实际上，达到300 kPa的压力水平对于模仿人类的压力感知至关重要。尽管如此，现有的复合传感材料的制造工艺相对复杂，不适合大规模生产。因此，为了获得多尺度层次结构并简化材料制造过程，应该开发一种巧妙的复合传感材料作为更有前景的选择。

来源：传感器专家网