综述：纳米材料在柔性压力传感器中的应用综述

（编辑推荐）这篇综述系统阐述了纳米材料（如碳纳米管CNT、石墨烯、MXenes等）在柔性压力传感器中的前沿应用，涵盖压阻式（piezoresistive）、电容式（capacitive）等信号转换机制，及其在医疗健康（如脉搏监测）、人机交互（HMI）和智能机器人等领域的突破性进展，为柔性电子器件设计提供了重要参考。

　　

Abstract

柔性压力传感器凭借生物集成性、轻量化等特性成为柔性电子技术的核心组件。近年来，碳纳米管（CNT）、石墨烯、过渡金属二硫化物（TMDs）等纳米材料因其卓越的机电性能被广泛应用于传感器设计，显著提升了灵敏度和响应范围。本文从化学组成、信号转换机制（压阻/电容/压电/摩擦电）及性能参数（灵敏度、迟滞性）多角度解析其原理，并探讨了水凝胶、气凝胶等纳米结构对传感器性能的优化作用。

Introduction

物联网（IoT）和智能家居的发展推动了对柔性传感器的需求。这类传感器可检测压力、温度等参数，并转换为电阻/电容信号，在电子皮肤（e-skin）、医疗监测等领域潜力巨大。聚酰亚胺（PI）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等柔性基底与纳米材料的结合，进一步提升了机械强度和信号稳定性。

Sensing performance metrics

关键性能指标包括工作范围（0-100 kPa）、灵敏度（ΔR/R₀
或ΔC/C₀
）、响应时间（<100 ms）等。例如，基于MXenes的传感器灵敏度可达180 kPa^-1
，而碳黑复合材料在宽压力范围内表现稳定。

Transduction principles

• 压阻式（Piezoresistive）：通过纳米材料（如CNT）网络形变改变电阻。
• 电容式（Capacitive）：利用电极间距变化调控电容值，适用于低压力检测。
• 摩擦电（Triboelectric）：依赖材料接触起电效应，但需解决信号稳定性问题。

Nanostructures for flexible pressure sensors

• 碳基材料：石墨烯的高导电性与CNT的机械强度互补，常用于三维多孔结构。
• MXenes：Ti₃
  C₂
  T_x
  的亲水性和导电性使其在生物电极中表现突出。
• 黑磷（BP）：各向异性电导特性适用于定向压力检测。

Healthcare and biomedical applications

柔性传感器已用于小鼠心脏监测（缝合于心外膜）和人体脉搏波形分析。例如，石墨烯-PDMS复合传感器可检测0.1 Pa的微小压力，满足血管压力监测需求。

Challenges and future perspective

当前瓶颈包括纳米材料均匀性（如CNT分散）和规模化生产问题。未来方向聚焦于开发自修复材料、多模态传感器集成，以及AI驱动的实时信号解析技术。

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