基于Ti3C2Tx MXene的多功能可穿戴集成传感器：实现湿度与压力刺激的同步无串扰检测

为解决传统柔性电子传感器需多材料复合、制备复杂且难以实现信号解耦的问题，研究人员以Ti3C2Tx MXene为单一敏感材料，开发出集成压力-湿度传感器。该器件压力检测灵敏度达1878.05 kPa?1，湿度响应速度仅3.46秒，成功应用于呼吸模式、关节运动等生理监测，为健康监测与人机交互提供了创新解决方案。

　　

在智能穿戴设备快速发展的今天，柔性电子传感器已成为健康监测、人机交互等领域的关键技术。然而，现有传感器面临多功能集成困难、制备工艺复杂等挑战——多数设备需要组合碳纳米管、石墨烯等多种材料，不仅增加成本，还易导致信号串扰。更棘手的是，这些传感器往往无法同步解耦压力与湿度信号，限制了其在复杂生理环境中的应用。

针对这一技术瓶颈，太原理工大学的研究团队独辟蹊径，选择具有超高导电性和亲水性的二维材料Ti₃C₂T_x MXene作为核心敏感材料，通过创新性的结构设计，首次实现了单一材料驱动的集成式压力-湿度传感。这项突破性成果发表在《Sensors and Actuators B: Chemical》上，为多功能柔性电子器件的发展提供了新范式。

研究团队采用三项关键技术：激光雕刻制备微凸结构PS模板，通过转印技术构建PDMS微凸薄膜；离心剥离法制备Ti₃C₂T_x分散液；集成化电极设计实现压力与湿度传感单元的空间隔离。实验选用健康成人志愿者进行生理信号测试。

压力-湿度传感器制备与表征
通过将Ti₃C₂T_x涂覆于微凸PDMS薄膜构建压力单元，在电极两侧滴涂MXene溶液形成湿度单元。这种设计使压力传感范围达8-125 kPa，灵敏度突破1878.05 kPa^?1；湿度检测覆盖11.5%-98.1% RH，响应/恢复时间分别仅3.46秒和1.50秒。

性能验证与应用
在模拟呼吸实验中，传感器可清晰区分深呼吸、快呼吸等模式；关节弯曲测试显示其能同步捕捉运动幅度与环境湿度变化；汗液监测实验证实其对微小湿度变化的敏感性。这些结果验证了器件在复杂生理环境中的稳定性和实用性。

该研究开创性地证明：单一MXene材料可通过结构设计实现多模态传感。其意义不仅在于简化制备流程、降低成本，更在于为下一代多功能柔性电子器件提供了材料选择与结构设计的新思路。特别是在健康监测领域，这种能同步解耦压力与湿度信号的集成传感器，为精准获取多维生理参数开辟了新途径。研究者特别指出，该技术未来可拓展至体温、生化标志物等多参数监测系统，推动个性化医疗设备的创新发展。