基于CMC/MXene调控导电聚合物策略的阻容混合响应超高线性柔性传感器在压力/温度检测中的应用

为解决柔性传感器在压力检测中非线性响应显著、温度/压力多功能集成困难等问题，研究人员通过CMC/MXene调控PEDOT构象转变策略，开发出兼具超高线性压力响应（R2=0.9943）和温度敏感性（-2.3575%/°C）的纸基传感器，为可穿戴医疗设备提供新方案。

　　

在人工智能和物联网技术快速发展的今天，柔性传感器作为电子皮肤、健康监测等领域的核心部件，其性能直接决定了穿戴设备的实用价值。然而，现有传感器面临两大瓶颈：一是压力检测时因基底压缩模量变化导致的非线性响应，需复杂电路补偿；二是多功能集成困难，温度与压力信号易相互干扰。更棘手的是，传统聚合物基底透气性差，而明星导电材料MXene（Ti₃C₂T_x）又因纳米片自堆叠问题导致性能衰减。这些挑战促使科学家们寻求材料与结构的协同创新。

安徽大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表的研究中，提出了一种"分子调控-结构设计"双管齐下的解决方案。他们采用羧甲基纤维素（CMC）与MXene通过氢键作用扩大层间距，抑制自堆叠的同时，意外发现CMC修饰的MXene能诱导导电聚合物PEDOT从苯式（benzoid）向醌式（quinoid）构象转变。这种分子层面的协同效应，结合纸基基底和创新的交流测量技术，最终实现了阻容（RC）混合响应机制的线性化调控。

关键技术包括：（1）CMC/MXene/PEDOT:PSS（CM@P:P）复合材料的溶液共混制备；（2）基于纤维素纸的浸渍涂覆工艺；（3）交流阻抗谱分析阻容耦合效应；（4）通过频率调制优化传感器线性度。研究纳入实际应用场景验证，如被褥滑移监测和压疮预防。

【设计表征CM@P:P】
通过对比MXene与CMC修饰MXene（CM）的分散稳定性，证实CMC使MXene悬浮液均一性显著提升。X射线衍射显示CMC使MXene层间距从1.26?增至1.43?。拉曼光谱证实PEDOT在CM作用下醌式结构占比提高17.8%，电导率提升3个数量级。

【压力传感性能】
在0-167.6 kPa宽范围内，传感器呈现突破性线性响应（R²=0.9943），灵敏度为0.214 kPa^-1。交流测试发现1 kHz频率下容抗效应可抵消基底非线性形变，实现"电子补偿"替代传统复杂电路。

【温度传感性能】
基于PEDOT热电效应，传感器在25-45°C区间灵敏度达-2.3575%/°C，响应时间仅1.4秒。CM@P:P复合材料的热膨胀系数调控使其在温度循环中保持稳定。

【应用验证】
将传感器集成于智能被褥系统，成功实现±2°C温度波动和5 kPa压力阈值的双信号预警。在压疮预防测试中，系统对2小时持续10 kPa压力发出准确警报。

该研究通过分子界面工程和RC混合响应机制的创新结合，突破了柔性传感器线性度与多功能集成的技术壁垒。特别值得注意的是，CMC不仅解决了MXene堆叠问题，还意外成为PEDOT构象调控的"分子开关"，这种双功能修饰策略为其他二维材料复合体系提供了新思路。纸基传感器的成功示范，更推动了可穿戴设备向低成本、环保化方向发展。研究团队提出的交流调制方法，为复杂环境下传感器信号解耦提供了普适性方案，有望在智能医疗、人机交互等领域产生深远影响。