基于高性能Ti?C?T? MXene的织物压力传感器，具备TA辅助的抗氧化稳定性，适用于人体监测及可扩展的传感阵列应用

《Sensors and Actuators A: Physical》：High-Performance Ti?C?T? MXene-Based Fabric Pressure Sensor with TA-Assisted Antioxidant Stability for Human Monitoring and Scalable Sensing Array Application

柔性可穿戴压力传感器通过表面粗糙化处理聚酯-氨纶织物（DA）与MXene纳米片及鞣酸（TA）复合涂覆制备，实现高灵敏度（21.55 kPa?1）、宽量程（0-552.92 kPa）、快速响应（89/79 ms）及长循环稳定性（4500次），集成蓝牙的4×4阵列可实时监测人体生理信号与运动姿态分布。

　　这项研究聚焦于开发一种高性能、柔性压力传感器，旨在解决当前基于织物的压力传感器在灵敏度和响应可靠性方面的不足。随着可穿戴技术的快速发展，柔性压力传感器在个性化医疗监测和运动分析中扮演着越来越重要的角色。这类传感器能够实时检测人体的生理信号和运动状态，从而为健康管理和智能运动追踪提供重要的数据支持。然而，实现既高灵敏度又具备稳定响应的织物基压力传感器仍然是一个挑战。为此，研究人员提出了一种创新的方法，利用表面粗糙化处理的聚酯-氨纶针织织物（DA）作为基底，并在其表面涂覆MXene纳米片和单宁酸（TA），以构建一种新型的柔性压力传感器。

该传感器的设计理念基于对现有材料特性的深入理解以及对其性能瓶颈的针对性改进。MXene作为一种新型二维材料，因其高电导率、大比表面积以及丰富的表面官能团，被认为是构建高灵敏度压力传感器的理想选择。然而，MXene在空气中容易氧化，这会显著影响其长期稳定性和导电性能。因此，如何有效保护MXene成为提高传感器性能的关键。单宁酸作为一种天然的多酚化合物，具有良好的抗氧化性能，广泛应用于食品加工和医疗领域。通过在MXene表面引入单宁酸，不仅可以有效抑制其氧化反应，还能通过氢键和配位作用增强其与基底材料之间的界面结合力。这种双重作用机制使得单宁酸在提升传感器性能方面发挥着重要作用。

在实际应用中，传感器的灵敏度、响应范围、响应速度以及耐用性是衡量其性能的重要指标。研究人员通过表面工程手段对聚酯-氨纶针织织物进行了碱处理，形成了一种多尺度的微孔结构，并暴露了羧酸基团。这种处理不仅提高了后续导电材料的负载效率，还为压力引起的变形提供了更大的有效接触面积，从而提升了传感器的整体性能。在碱处理的基础上，通过浸渍法将MXene纳米片和单宁酸均匀涂覆在织物表面，最终形成了一种具有优异性能的复合材料。该传感器在压力检测中表现出极高的灵敏度，达到了21.55 kPa?1，同时具备广泛的检测范围（0-552.92 kPa），快速的响应和恢复时间（89/79 ms），以及出色的循环稳定性（4500次循环后仍保持良好性能）。

此外，该研究还进一步拓展了传感器的应用场景，开发了一种4×4的压力传感阵列，并集成了蓝牙模块，实现了多点动态压力分布的实时检测。这种传感阵列可以用于多种人体活动的监测，例如步态分析、手势识别以及运动状态的评估。通过将多个传感器单元集成在一起，不仅可以提高检测的精度和全面性，还能增强系统的实时性和可扩展性，使其在实际应用中更加灵活和高效。

在材料制备方面，研究人员采用了较为简便的浸渍工艺，将MXene和单宁酸依次涂覆在经过碱处理的聚酯-氨纶针织织物上。这种方法不仅降低了制备成本，还提高了工艺的可重复性和可控性。MXene的高导电性和单宁酸的抗氧化特性相结合，使得传感器在保持高灵敏度的同时，具备了良好的长期稳定性。这一成果为构建适用于下一代可穿戴健康监测和智能运动追踪系统的稳定、高灵敏度织物基压力传感器提供了新的思路。

从技术角度来看，这项研究不仅在材料科学领域具有重要意义，还在工程应用方面展现了广阔前景。传统的压力传感器通常采用气凝胶或薄膜作为基底，这些材料虽然具备一定的灵活性和可加工性，但在实际应用中存在重量较大、舒适性不足以及设计灵活性有限等问题。相比之下，基于织物的传感器能够更好地贴合人体表面，同时具备轻质、透气和可弯曲等优点，更适合长期佩戴。然而，由于织物材料本身的表面活性较低，导致其与导电材料之间的结合不够紧密，进而影响了传感器的性能。通过碱处理和浸渍工艺的结合，研究人员成功地克服了这一障碍，提高了传感器的灵敏度和响应能力。

除了性能的提升，该研究还注重了传感器的实际应用价值。通过集成蓝牙模块，传感阵列能够将采集到的数据实时传输到移动设备或云端平台，为远程健康监测和数据分析提供了便利。这一功能使得传感器不仅适用于医疗领域，还能广泛应用于运动科学、人机交互以及智能穿戴设备等场景。此外，传感器的高灵敏度和宽检测范围使其能够适应多种压力变化，无论是微弱的生理信号还是较大的运动压力，都能被准确捕捉和分析。

在科研方法上，这项研究采用了系统化的实验设计和分析手段。通过对比不同处理方式对传感器性能的影响，研究人员确定了碱处理和浸渍工艺的最佳组合。同时，利用显微镜和电化学测试等手段对材料的微观结构和性能进行了详细分析，为优化传感器设计提供了科学依据。这种结合材料工程与传感器技术的研究方法，不仅提升了传感器的性能，也为未来的材料开发和应用提供了新的思路。

从研究团队的角度来看，该研究涉及多个学科领域的专业知识，包括材料科学、电子工程、生物医学工程等。团队成员在研究中各自发挥了重要作用，从材料合成、传感器制备到性能测试和数据分析，形成了一个完整的科研链条。这种跨学科的合作模式，不仅加快了研究进程，也提升了研究成果的综合性和实用性。

总体而言，这项研究为可穿戴柔性压力传感器的发展提供了重要的技术突破。通过优化材料表面处理和导电层设计，研究人员成功构建了一种具有优异性能的织物基压力传感器，能够满足高灵敏度和高稳定性的需求。此外，该研究还展示了传感器在实际应用中的潜力，特别是在健康监测和运动分析方面。随着可穿戴设备市场的不断扩大，这种新型传感器有望在未来得到更广泛的应用，为人们的健康管理和运动安全提供更加精准和便捷的解决方案。