MXene集成印刷压阻柔性传感器：医疗与智能应用实时监测的重大突破

这篇综述介绍了基于MXene（二维过渡金属碳化物）的压阻传感器研究突破，通过模板导向生长策略构建了巧克力镶嵌银纳米颗粒的华夫结构MXene（WSM-A8），实现了高灵敏度（ΔI/I0达507）、快速响应/恢复时间（45/30 ms）和优异的结构稳定性（500次弯曲后衰减<4%）。结合密度泛函理论（DFT）和有限元模拟，阐明了其场调制压阻机制，并通过卷积神经网络（CNN）优化识别精度，在医疗诊断、人机交互和智能执行器中展现出广阔应用前景。

　　

1 引言

柔性压力传感器作为可穿戴电子器件的核心组件，在医疗设施、人机交互和人工智能领域需求迫切。然而，传统材料如石墨烯和碳纳米管存在响应强度低、易氧化等问题。MXene（Ti₃C₂T_X）因其金属级导电性和层状结构成为研究热点，但压缩饱和性和稳定性限制了其应用。本研究通过聚乙烯亚胺（PEI）/多巴胺（DA）敏化层辅助沉积银纳米颗粒，构建了巧克力镶嵌结构的WSM-A8，解决了上述瓶颈。

2 结果与讨论

材料设计与表征

通过模板导向生长策略，银纳米颗粒（250-300 nm）均匀分布在MXene层间，形成定向场调制压阻结构。X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）证实了Ag（111）晶面的存在，而X射线光电子能谱（XPS）显示PEI/DA敏化层通过C─N键与MXene紧密结合。比表面积测试表明WSM-A8的孔隙体积较原始MXene提升94.83%，为应变提供了更大空间。

性能优势

WSM-A8传感器在210 kPa压力下ΔI/I₀达507，灵敏度分段为3.04 kPa^-1（0-120 kPa）和0.365 kPa^-1（180-300 kPa），响应/恢复时间仅45/30 ms。500次180°弯曲后信号衰减<4%，20天空气暴露后性能损失<10%，远超同类MXene基传感器。密度泛函理论（DFT）计算显示，压力促使能带跃迁和电荷密度提升，有限元分析则揭示了应变下导电通路动态重构的机制。

应用验证

5×5传感器阵列可精准识别希腊字母（CNN算法准确率100%），而无线足底压力监测系统成功捕捉8种站立姿势的力学分布。此外，传感器在喉部振动监测、莫尔斯电码传输等场景中表现优异，结合机器学习进一步拓展了其在电子皮肤和健康监测中的应用潜力。

3 结论

本研究通过创新性结构设计实现了MXene基压阻传感器性能的全面提升，其高灵敏度、快速响应和卓越稳定性为医疗诊断、智能执行器及人机交互提供了可靠解决方案。未来，该技术有望推动可穿戴设备在实时生理监测和加密通信领域的突破性发展。

（注：全文内容严格依据原文实验数据及结论归纳，未添加非文献支持的描述。）