超宽域高灵敏度柔性压力传感器的正向设计及其在多生理运动监测中的应用

为解决柔性压力传感器难以同时实现超宽检测范围(Pa-MPa级)和高灵敏度的技术瓶颈，研究人员通过梯度多孔结构、多级金字塔阵列和复合压阻材料的协同效应，开发出具有非饱和灵敏度特性的新型传感器。该传感器灵敏度达345.8 (0–1 MPa)和3320.2kPa?1 (1–2 MPa)，响应/恢复时间仅30/50 ms，可实现全量程<1‰的高分辨率监测，突破高压环境下灵敏度饱和的限制。

　　

这项突破性研究展示了一种革命性的柔性压力传感器正向设计策略。通过巧妙结合梯度多孔结构、多级金字塔阵列和复合压阻材料的三重协同效应，成功攻克了传统传感器在超宽压力范围(从几帕斯卡到数兆帕)与高灵敏度难以兼得的行业难题。令人振奋的是，该传感器展现出反常的"压力-灵敏度"正相关特性，经线性拟合后灵敏度高达345.8 (0–1 MPa区间)和惊人的3320.2kPa^?1 (1–2 MPa高压区间)。

该器件性能指标堪称惊艳：全量程保持优于1‰的极高分辨率，30毫秒超快响应和50毫秒恢复速度，配合出色的长期稳定性。特别值得关注的是其突破性的非饱和灵敏度特性，彻底解决了高压环境下灵敏度骤降的行业痛点。这种特性使其能够精准捕捉从细微脉搏到剧烈运动产生的跨度达6个数量级的压力信号，为穿戴式健康监测设备带来全新可能。

研究团队创新的多尺度结构设计，使得传感器能智能适应不同压力区间：低压时梯度孔隙实现高灵敏度，高压时多级金字塔结构确保应力有效传导。这种仿生设计思路为下一代智能传感材料开发提供了重要范式，在远程医疗、运动康复和人机交互等领域展现出广阔应用前景。