基于MXene/GOQDs气凝胶的柔性压力传感器实现高灵敏度（4.384?%?kPa?1）与智能坐姿识别应用

本文报道了一种基于MXene/GOQDs气凝胶的高性能柔性电阻式压力传感器，通过冷冻干燥技术构建三维导电网络，实现4.384?%?kPa?1的高灵敏度、246?ms/461?ms的快速响应/恢复时间和1–80?kPa的宽检测范围。传感器阵列结合支持向量机（SVM）算法实现了100%准确率的坐姿识别，为健康监测与人机交互提供了创新解决方案。

　　

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Materials

实验所用原材料包括薄层Ti₃C₂T_x MXene分散液（5?mg/mL，水溶剂）和薄层氧化石墨烯量子点（GOQDs）分散液（1?mg/mL，水溶剂）。MXene片径为0.5?μm–2?μm，厚度约1–5?nm；GOQDs尺寸小于15?nm。

Characterization

三聚氰胺海绵呈现三维交联网状结构（图2a），纯MXene为褶皱片层结构（图2b）。MXene/GOQDs/MS气凝胶的SEM图像显示MXene层交错分布于三维网络中（图2c）。AFM测得MXene层厚度约1.5?nm（图2d）。TEM表征表明GOQDs成功修饰MXene表面，XPS与UV-Vis分析证实二者间存在强相互作用，能带隙变化有利于电子传输。

Conclusion

本研究通过浸渍-冷冻干燥技术制备的MXene/GOQDs气凝胶压力传感器具有1–80?kPa的宽检测范围、优异重复性（2500次循环）和246?ms/461?ms的响应/恢复时间。MXene/GOQDs（7:1）气凝胶传感器灵敏度达4.384?%?kPa^?1，较纯MXene性能提升2.44倍。传感器阵列结合上位机软件实现了16通道数据采集，通过SVM算法达成100%准确率的坐姿识别，展现了其在智能柔性传感领域的巨大潜力。

Notes

作者声明以下竞争性财务利益：范旭革、王佳宇和丁洁是一项关于MXene/GOQDs气凝胶压力传感器的专利申请共同发明人（申请号：202511219344.6）。其他作者无竞争性财务利益。

CRediT authorship contribution statement

王佳宇：原创撰写、方法论、研究实施、数据分析、概念化；马洪亮：方法论、概念化；马腾飞：软件；张哲：监督、研究实施；王高涵：研究实施；司方成：软件；丁洁：可视化、项目管理；张文栋：项目管理、研究实施；范旭革：监督、资源协调、项目管理、资金获取。

Declaration of competing interest

作者声明不存在可能影响本研究结果的已知竞争性财务利益或个人关系。

Acknowledgments

本研究获北京市自然科学基金（4232076）、国家自然科学基金（62171037、62088101）、北京理工大学科技创新计划（2022CX11019）、国家优秀青年科学基金（海外）、北京理工大学特立青年学者计划（2021TLQT012）资助。SEM表征由北京理工大学分析测试中心完成。