高性能复合泡沫应变传感器，用于高效监测人体运动

　　总所周知，柔性应变传感器可有效检测来自人体的物理信号，因而在可穿戴电子设备中具有重要意义。在一系列已报导的应变传感器中，泡沫基传感器基于其轻质、透气性优异而受到更加广泛的关注。然而，此类传感器工作范围仍不够宽，同时其灵敏性还有待进一步提高。鉴于此，南京工业大学先进材料研究院的黄维院士团队报导了一种高性能的(宽的工作范围、高的器件灵敏度)的泡沫型应变传感器，其由MXene (Ti₃C₂T_X)、多壁碳纳米管(MWCNT)、热塑聚氨酯(TPU)通过简单的盐模板法制备而成(图一)。所得的TPU/MWCNTs@MXene泡沫传感器件可以提供高达约100% 的工作应变范围，同时灵敏度高达363，优于现今所报道的最先进的泡沫型应变传感器。此外，该复合泡沫材料还具有良好的透气性和接近皮肤的弹性模量，表明其作为一种可穿戴传感器拥有很高的舒适性。因此，基于上述结构与性能上的优势，该传感器可有效检测诸如人体关节运动、手指运动和声带振动等物理信息。此外，其还可用于手势识别，进而在人机交互领域展现出潜在应用前景。该成果最近以题为“High-Performance Foam-Shaped Strain Sensor Based on Carbon Nanotubes and Ti₃C₂T_x MXene for the Monitoring of Human Activities”发表于国际知名期刊《ACS Nano》上。

　　图1. 制备TPU/MWCNTs@MXene泡沫传感器件的工艺流程图。

　　文章亮点：

　　1. 本文通过一种简单且经济的盐模板法，制备出一种含有TPU/MWCNT/MXene的高性能泡沫传感器，其具有高达363的灵敏度和高达100%的应变范围。

　　2. 制备所得的应变传感器在加卸载循环测试下也展现出良好的循环稳定性，因而在检测人体运动信息检测方面(例如手指/肩膀/膝盖弯曲，嘴巴张开，喉咙振动)展现出极大的应用潜力。

　　3. 该器件基于其独特的多孔泡沫结构具有接近皮肤的透气性以及弹性模量，表明了其在柔性可穿戴电子设备领域具有极佳的应用潜力。

　　图2. TPU/MWCNTs@MXene复合泡沫传感器件结构(a), 机械性能(b), 透气性(c)表征。

　　图3. TPU/MWCNTs@MXene复合泡沫传感器用于检测人体各种运动。