在智能穿戴、电子皮肤与健康监测快速发展的今天，柔性压力传感器已成为连接物理世界与数字信号的核心器件。然而，传统柔性器件长期面临高灵敏与宽量程难以兼顾、响应滞后、循环稳定性不足等难题，成为制约其落地应用的关键卡点。

研究背景

传统硅基压阻传感器虽精度优异，但质地坚硬、易碎裂，无法贴合人体曲面与动态形变场景，难以满足可穿戴、电子皮肤、康复医疗等新兴需求。

柔性电阻式传感器因结构简单、信号易采集、静态检测性能突出，成为业界主流研究方向。其通常以 PDMS 等柔性聚合物为基底，复合碳纳米管、石墨烯、MXene 等导电纳米材料构建传感网络，在外力作用下通过导电通路变化实现电阻信号输出。

但当前领域仍存在三大核心瓶颈：

机理不清晰：多组分复合体系在拉伸、弯曲、压缩下的形变 - 电阻演化规律缺乏系统阐释，器件性能难以精准调控。

性能 trade-off：多数器件要么 “高灵敏、窄量程”，要么 “宽量程、低灵敏”，难以在全量程保持稳定优异表现。

设计碎片化：材料、微结构、电极往往单独优化，缺少一体化协同设计框架，难以实现性能最大化。

与此同时，柔性传感对制备工艺提出更高要求：微结构复制精度、导电油墨分散均匀性、电极图案化质量，直接决定器件灵敏度、线性度与一致性。如何以高效、稳定、可放大的工艺支撑高性能柔性器件制备，成为学术研究与产业转化的共同焦点。

在此背景下，南昌航空大学团队受天然荷叶表面分级乳突结构启发，将二维 MXene 与一维多壁碳纳米管（MWCNT）优势结合，搭配喷墨打印叉指电极，构建出兼具高灵敏与宽量程的仿生柔性传感器，为上述难题提供系统性解决方案。

研究内容

本研究以 “材料复合 + 仿生微结构 + 喷墨打印电极” 三位一体 为核心思路，从材料制备、结构仿生、工艺实现到性能测试开展全链条研究，最终实现传感器性能的跨越式提升。

1. 材料体系：MXene/MWCNT/PDMS 多维导电网络构建

团队采用溶液共混法制备导电油墨，固定 MWCNT 与 PDMS 质量比为 5%，并引入 2% MXene（Ti₃C₂Tₓ）作为增强相。

二维 MXene 提供高比表面积与金属导电性，在应变下可发生层间滑动，提升初始灵敏度；

一维 MWCNT 充当导电桥接通路，维持网络连续性，保证器件可拉伸性；

PDMS 作为柔性基底，赋予器件优异拉伸、弯曲与贴合能力。

实验表明，该复合材料在拉伸 70%仍保持稳定线性响应，拉伸灵敏度 GF 达9.408，弯曲灵敏度达1.396×10⁻² (°⁻¹)，远优于单一 MWCNT/PDMS 体系。

2. 结构仿生：荷叶乳突微结构强化应力集中效应

团队以天然荷叶为模板，通过环氧树脂反向复制，制备出具有均匀乳突微结构（直径 5–20 μm，高度 3–10 μm）的传感薄膜。

微凸起在压力下产生局部应力集中，显著放大接触面积变化；

多孔隙结构提供更大压缩空间，拓宽检测量程；

相比平面结构，仿生微结构使灵敏度提升1 倍以上。

3. 工艺实现：喷墨打印叉指电极，提升器件一致性与性能

团队采用喷墨打印技术在 PET 基底上制备银纳米叉指电极，实现电极图案高精度、高效率制备。叉指电极可优化电场分布，降低界面接触电阻，进一步提升传感器线性度与响应速度。

最终制备的lotus-e MW/MX 传感器实现关键性能突破：

灵敏度：0–5 kPa 低压段达0.15 kPa⁻¹；

检测范围：0–60 kPa 宽量程稳定响应；

响应速度：响应时间 165 ms，恢复时间 284 ms；

稳定性：2000 次拉伸 / 弯曲 / 压力循环后，信号漂移 < 11%，保持优异可靠性。

4. 应用验证：人体运动与生理信号实时监测 该传感器成功实现多场景实时监测：

喉部：吞咽、语音识别（“Hello”“MXene”）；

关节：手指、手腕、肘部、膝盖弯曲，区分行走 / 跑步；

面部：哈欠、表情微动，可用于疲劳监测；

交互：鼠标单击 / 双击检测，支持人机界面应用。

结果证明，器件在可穿戴健康监测、电子皮肤、人机交互领域具备极高实用价值。