基于碳纳米管与热膨胀微球协同效应的3D直写柔性电容传感器性能提升研究

柔性电容压力传感器在电子皮肤和可穿戴医疗设备中至关重要，但传统传感器存在高压环境下灵敏度低、微结构构建复杂等问题。研究人员通过3D直写技术开发了碳纳米管(CNTs)-热膨胀微球(TEMs)-聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合介电层传感器，灵敏度较纯CNT体系提升两个数量级，最高达3.09 kPa?1，检测限低至16.7 Pa，在0-500 kPa宽压范围内展现优异性能，为人机交互和健康监测提供新方案。

　　

这项突破性研究巧妙地将碳纳米管(CNTs)与热膨胀微球(TEMs)通过3D直写技术(DIW)嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)基质，构建出具有沟槽状微结构的复合介电层。这种创新设计使传感器在压力作用下能快速排出空气，显著提升介电常数变化率。实验数据显示，该传感器灵敏度高达3.09 kPa^?1，较传统CNT填充系统提升两个数量级，最低可检测16.7 Pa的微小压力。在0-500 kPa宽压力范围内，器件展现出0.3%的超高分辨率，并保持40,000次循环后的稳定性能。这种兼具高灵敏度和机械稳定性的传感器，已成功应用于人体运动监测和健康指标追踪，为智能医疗和柔性电子领域带来新的技术突破。