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  傳統的應變傳感器通常由金屬或半導體材料制備，其拉伸范圍有限（通常小于5%），不適合在可穿戴設備中使用。泡沫式柔性應變傳感器因其重量輕、透氣性好、靈敏度高備受人們關注，可以作為一種可穿戴傳感器，用于監測人體的關節運動、聲帶振動等信號，在柔性電子領域展現了巨大的應用前景。然而，目前開發的泡沫式柔性應變傳感器很難既具有很高靈敏度又具有很寬檢測范圍，限制了其廣泛的應用。因此，亟需開發具有更寬工作范圍和更高靈敏度的高性能的新型泡沫式柔性應變傳感器。

  為了同時提升泡沫式柔性應變傳感器的靈敏度和工作范圍，南京工業大學先進材料研究院的黃維院士、于海東、孫庚志和呂剛教授團隊結合鹽模板法和浸涂法，制備了由熱塑性聚氨酯(TPU)、多壁碳納米管（MWCNTs）和Ti₃C₂T_x MXene構成的導電泡沫式材料；該TPU/MWCNTs@MXene泡沫式材料可以用來制備一種輕質、易加工、極靈敏的柔性應變傳感器，在可穿戴傳感器方面具有廣闊的應用前景。

圖1. 泡沫式柔性應變傳感器的制備流程

  將上述TPU/MWCNTs@MXene導電泡沫式材料用來制備壓阻式應變傳感器，該器件表現出了高達100％的傳感范圍、很高的靈敏度（GF = 363）和優異的循環穩定性；上述性能優于已有報道的泡沫式應變傳感器。此外，這種新型泡沫式材料具有優良的透氣性能和與皮膚相近的彈性模量，可以大幅度提升用來制備可穿戴傳感器的舒適性。

  為了展示該導電泡沫式材料在可穿戴式應變傳感器研究的應用，研究者將其貼附于人體的不同部位來檢測人體運動。這種應變傳感器不僅對大幅度的運動（比如肩關節、肘部和膝蓋的曲伸）具有出色的響應能力，還可以用來捕獲微弱的生理信號（比如聲帶振動和手指彎曲）。

圖2. 應變傳感器用于監測人體運動。（a-c）穿戴式傳感器對（a）肩關節；（b）肘部；（c）和膝蓋彎曲的響應信號變化；（d）口腔張開/閉合傳感器的實時相對電阻變化；（e）在發單詞“I”、“A”和“M”時，傳感器對聲帶振動的響應；（f）手指彎曲的響應信號變化

  為了探索該泡沫式柔性應變傳感器在手勢識別和人機交互中應用前景，研究者還將多個傳感器分別安裝在五根手指上，手勢變化時可以測得不同的信號，表明該傳感器可用于監測手勢變化，在手勢識別、手勢控制等人機交互相關的應用中具有巨大的應用潛力。

圖3. TMMF應變傳感器在手勢識別中的應用

  以上成果發表于ACS Nano，論文的文章作者為王紅晨，周瑞聰，李東海，張林榮，任國章，王麗，劉金華，王德陽，唐振華；通訊作者為黃維院士、于海東教授、孫庚志教授和呂剛教授。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00259