科學家提出制作高靈敏度電容傳感器的新方法

　　近日，北京航空航天大學教授單光存團隊提出了一種利用叉指電極制備基于MXene/ PVP的高性能電容式柔性壓力傳感器的新方法，通過選擇合適的叉指電極數目和優化MXene/PVP濾紙膜的介電層，可以提高電容傳感器的靈敏度。該傳感可用于各種壓力檢測，如手指按壓、手腕脈搏、呼吸、吞咽和語音識別等。相關研究成果發表于《微系統與納米工程》。

　　隨著可穿戴電子設備在人機界面、軟機器人、健康監測等領域的快速發展，高性能柔性壓力傳感器受到了廣泛關注。盡管壓力傳感器在過去的幾年里取得了巨大的進步，但在高靈敏度傳感器的制造方面仍然存在許多挑戰。研制一種靈敏度高、設計簡單、制備工藝簡單、可大規模生產的電容式壓力傳感器迫在眉睫。

　　MXenes由于具有高的金屬導電性、親水性和較大的比表面積，在傳感器領域引起了廣泛的關注, 被認為是一種革命性的2D材料。MXene在外界壓力作用下，其內部的層狀結構之間的距離發生極大變化，因此具有較高的靈敏度。MXenes有望超越現有傳感器技術的界限，并可作為替代傳感器材料使用。

　　單光存團隊提出的利用叉指電極制備基于MXene/ PVP的高性能電容式柔性壓力傳感器的新方法，可以使基于MXene/PVP的電容傳感器具有高靈敏度（~1.25 kPa-1）、低檢測限（~0.6 Pa）、寬傳感范圍（高達294 kPa）、快速響應和恢復時間（~30/15 ms）以及10000次循環的機械穩定性。

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　　基于新方法的傳感器用于脈搏監測（北京航空航天大學供圖）

　　由于傳感器具有較寬的檢測范圍，而且在較小外界壓力作用下具有較高的靈敏度，因此，研究人員將其應用于人類肢體活動（壓指、行走、呼吸、吞咽等活動）和生理狀態（呼吸和脈搏）等的監測中，結果表明輸出信號與人體活動高度同步。這些優異的性能使基于MXene/PVP的電容傳感器能夠應用于柔性可穿戴技術中。

　　據研究人員介紹，基于MXene和PVP的壓力傳感器由4層結構組成，分別是覆銅的PET薄膜、MXene、polyvinylpyrrolidone (PVP) 復合薄膜和絕緣膠帶。

　　該研究提供了一種利用叉指電極制作高靈敏度電容傳感器的新方法，在柔性電子和可穿戴健康監測中有著非常廣闊的應用前景。

　　北京航空航天大學博士研究生覃儒展為該論文第一作者，單光存為通訊作者。