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为解决柔性应变传感器高灵敏度与宽应变检测范围难以兼得的问题，研究人员开发了 TPU 与 l-MWCNT 巴基纸的三明治结构传感器。其应变检测范围达 427%，GF 最高约 150，响应恢复快，可监测多种生理活动，为 wearable devices 发展提供新方向。
在可穿戴设备与智能健康监测领域，柔性应变传感器如同赋予机器感知人类动作的 “神经”，但其面临着灵敏度与检测范围难以兼顾的核心挑战。传统传感器往往在追求高灵敏度时牺牲应变检测范围，或是为扩大检测范围而降低灵敏度，这一矛盾限制了其在复杂生理监测场景中的应用。例如，现有的碳基材料传感器虽具备一定优势，但碳纳米管（CNT）的团聚问题、与聚合物基质的界面相互作用不足等，均导致传感器性能难以突破。如何开发一种兼具 “敏锐感知” 与 “宽广胸怀” 的应变传感器，成为学术界与产业界亟待攻克的难题。
为突破这一技术瓶颈，来自相关研究机构的科研团队开展了一项富有创新性的研究。他们将目光聚焦于长多壁碳纳米管（l-MWCNT）巴基纸与热塑性聚氨酯（TPU）的独特组合，致力于开发一种新型柔性应变传感器。这项研究成果发表在《Carbon Trends》，为可穿戴电子设备的发展掀开了新的一页。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过化学气相沉积（CVD）法制备 l-MWCNT，利用真空过滤技术制备巴基纸；采用溶液流延法制备 TPU 薄膜，并通过三明治结构组装传感器，以 4 wt.% 的 TPU 溶液作为粘合剂；运用扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱、X 射线衍射（XRD）等手段对材料结构进行表征；借助万能试验机（Instron, Model 5967）与吉时利源表（Keithley 2602）测试传感器的力学性能与压阻响应。
3. 结果与讨论
3.1 材料结构与性能表征
通过 CVD 法合成的 l-MWCNT 具有高纯度与大长径比，拉曼光谱显示其 IG/ID值达 4.28，XRD 谱图在 2θ=26.06° 处出现尖锐石墨峰，证实了其有序的石墨结构。巴基纸呈现随机缠结的多孔网络，TPU 的渗入增强了界面相互作用，虽使面内电导率从 51.14 S/cm 降至 32.40 S/cm，但提升了复合材料的柔韧性与附着力。三明治结构中，巴基纸嵌入 TPU 层间，赋予传感器良好的拉伸性能，其拉伸强度为 3.64 MPa，杨氏模量 5.0 MPa。
3.2 压阻响应与应变传感机制
传感器的相对电阻变化与应变呈正相关，不同应变区间展现出差异化的灵敏度。在 0-100%、100-200%、200-300%、300-427% 应变范围内，平均 GF 值分别为 8.98、29.7、97.33、150.35，R2值均大于 0.95。其传感机制可分为三个阶段：低应变时 CNT 网络分离导致电阻线性增加；中高应变时微裂纹形成与扩展引发电阻指数增长；高应变时 CNT 大量断开使电阻急剧上升。TPU 的负载分布作用延长了传感器的工作范围，且应变释放后电阻可恢复初始状态，展现出良好的可逆性。
3.3 循环稳定性与响应速度
在 10%-50% 应变下进行 100 次循环测试，传感器初始电阻波动后趋于稳定，信号一致性良好。不同应变率（10-50 mm/min）测试表明其响应具有频率无关性，响应与恢复时间均为 100 ms，适用于实时动态监测。
3.4 人体运动监测
传感器在人体关节（膝、肘、腕、手指）、咽喉、颈部等部位的应用显示，其可精准捕捉吞咽、呼吸、语音、脉搏等生理活动及关节运动的电阻变化。例如，膝弯曲时电阻显著升高并随放松恢复，手腕脉搏监测记录到 71 次 / 分钟的心率，符合正常生理范围，验证了其在健康监测中的实用性。
4. 结论
这项研究成功开发了基于 l-MWCNT 巴基纸 / TPU 的高灵敏度、宽量程柔性应变传感器。其创新点在于利用长碳纳米管的结构优势扩大应变检测范围至 427%，通过三明治结构设计提升界面相容性与机械稳定性，并借助多孔巴基纸实现各向同性检测。研究结果表明，该传感器在可穿戴设备、电子皮肤、智能机器人及医疗健康监测领域具有广阔应用前景，为解决传统应变传感器的性能瓶颈提供了新策略，有望推动柔性电子技术向更智能、更精准的方向发展。
