柔性壓力傳感器是一種用于信息傳輸和采集的重要電子元件，在航空航天、電子皮膚、人機(jī)界面等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。盡管柔性壓力傳感器的研究取得了很大進(jìn)展，但在高性能傳感器的設(shè)計和實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多困難，如制備工藝復(fù)雜、不易量產(chǎn)、器件穩(wěn)定性差、使用不便以及傳感機(jī)制創(chuàng)新不足等。因此，需要開發(fā)更好的敏感材料，并探索新的傳感機(jī)制。
 
近年來，隨著可穿戴電子設(shè)備、醫(yī)療健康監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)和柔性智能機(jī)器人的快速發(fā)展，柔性壓力傳感器受到了前所未有的關(guān)注。作為一種重要的電子元件，柔性壓力傳感器在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、健康監(jiān)測、電子皮膚以及人機(jī)界面等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文綜述了基于MXene材料的柔性壓力傳感器的最新進(jìn)展，從傳感類型、傳感機(jī)制、材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制備策略以及傳感應(yīng)用等方面進(jìn)行了詳細(xì)討論，分析了提高M(jìn)Xene基柔性壓力傳感器性能的方法和策略，并探討了其面臨的機(jī)會和挑戰(zhàn)。
 
 
圖1. Web of Science 中已發(fā)表的 MXene 相關(guān)論文統(tǒng)計‌
a) MXene 相關(guān)論文數(shù)量統(tǒng)計
b) MXene 基傳感器與 MXene 基壓力傳感器的相關(guān)論文數(shù)量對比

說明：

圖 a 的統(tǒng)計涵蓋 MXene 在材料科學(xué)、工程物理等領(lǐng)域的論文數(shù)量，體現(xiàn)其作為二維過渡金屬碳（氮）化合物在多學(xué)科中的研究熱度。

圖 b 聚焦 MXene 基傳感器（如智能傳感材料）及細(xì)分方向壓力傳感器的論文分布，反映其在可調(diào)諧帶隙、表面功能化等特性驅(qū)動下的應(yīng)用趨勢。

  
圖2. MXene基柔性壓力傳感器的類型、傳感機(jī)制、材料、結(jié)構(gòu)、制備與應(yīng)用概述
 
 
圖3. MXene基柔性壓力傳感器的傳感機(jī)制示意圖‌
a) 壓阻式；b) 電容式；c) 壓電式；d) 摩擦電式。
 
 
圖4. MXene基壓阻式傳感器的接觸電阻傳感機(jī)制‌
a) 外部壓力下MXene層間距離變化，為壓阻傳感提供基礎(chǔ)工作機(jī)制；
b) MXene/PVA基壓力傳感器的接觸效應(yīng)傳感機(jī)制；
c) MXene基壓阻傳感器的接觸效應(yīng)機(jī)制；
d) 隨機(jī)高斯分布棘狀表面在不同壓力階段的傳感原理。
注：a) 改編自文獻(xiàn)[16]，2017年版權(quán)歸Springer Nature所有；b) 改編自文獻(xiàn)[17]，2022年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有；c) 改編自文獻(xiàn)[18]，2020年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；d) 改編自文獻(xiàn)[19]，2019年版權(quán)歸Elsevier Ltd.所有。
 
 
圖5. MXene基壓阻式傳感器的其他傳感機(jī)制‌
a) 電阻率與導(dǎo)電材料濃度的關(guān)系曲線；
b) 外部應(yīng)力下電子能帶結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致電阻率改變；
c) “隧道效應(yīng)”下導(dǎo)電層間距壓縮導(dǎo)致隧穿電阻降低；
d) 斷裂與裂紋擴(kuò)展機(jī)制。
注：b) 改編自文獻(xiàn)[23]，2014年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；c) 改編自文獻(xiàn)[27]，2021年版權(quán)歸Wiley-VCH GmbH所有。
 
 
圖6. MXene基電容傳感器的性能提升與傳感機(jī)制‌
a) ESEF基電容式電子皮膚傳感器的應(yīng)變/壓力傳感機(jī)制；
b) 傳統(tǒng)（I）、改進(jìn)設(shè)計（II）及贗電容衍生傳感器的壓容機(jī)制對比；
d-I) MXene/PVP基柔性壓力傳感器的制備流程與傳感機(jī)制；
c) 隧道效應(yīng)調(diào)控導(dǎo)電層間距機(jī)制；
d-II) 超級電容器離子電子工作原理。
注：a) 改編自文獻(xiàn)[38]，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；b) 改編自文獻(xiàn)[40]，2021年版權(quán)歸Springer Nature所有；c) 改編自文獻(xiàn)[43]，2021年版權(quán)歸Springer Nature所有；d) 改編自文獻(xiàn)[49]，2021年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有。
 
 
‌圖7. 壓電式柔性壓力傳感器‌
a) 結(jié)構(gòu)化PVDF復(fù)合納米纖維膜基自供電摩擦壓電傳感器的制備流程；
b) BaTiO3/MXene/PVDF-TrFE柔性壓電壓力傳感器的傳感機(jī)制。
注：a) 改編自文獻(xiàn)[51]，2023年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；b) 改編自文獻(xiàn)[52]，2023年版權(quán)歸英國皇家化學(xué)會所有。
 
 
圖8. 基于摩擦電原理的MXene基柔性壓力傳感器‌
a) 單電極模式器件工作機(jī)制；
b) PNy 11基傳感器的輸出性能與工作機(jī)制；
c) MXene基自供電傳感系統(tǒng)（MSP2S3）原理；
d) M-TENG接觸-分離模式發(fā)電機(jī)制。
注：a) 改編自文獻(xiàn)[61]，2022年版權(quán)歸Elsevier Ltd.所有；b) 改編自文獻(xiàn)[63]，2022年版權(quán)歸Elsevier Ltd.所有；c,d) 改編自文獻(xiàn)[64]，2022年版權(quán)歸Elsevier Ltd.所有。
 
 
圖9. 純MXene材料與復(fù)合材料基柔性壓力傳感器‌
a) 微通道限域純MXene基壓阻式微力多功能傳感器；
b) TeNWs/Ti3C2Tx納米雜化壓力傳感器傳感機(jī)制；
c) MXene@氮摻雜碳膜制備流程；
d) MX/rGO/P(VDF-TrFE)薄膜基壓力傳感器的制造原理。
注：a) 改編自文獻(xiàn)[65]，2020年版權(quán)歸Wiley-VCH GmbH所有；b) 改編自文獻(xiàn)[67]，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；c) 改編自文獻(xiàn)[68]，2022年版權(quán)歸Elsevier Ltd.所有；d) 改編自文獻(xiàn)[70]，2021年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有。
 
 
圖10. 基于MXene/紙基材料與MXene/纖維材料的柔性壓力傳感器‌
a) 紙基可穿戴壓力傳感器的制備流程示意圖；
b) MXene/BF復(fù)合紙的制備示意圖；
c) 基于MTPF的傳感器制備原理圖；
d) MXene/ZIF-67/PAN薄膜制備過程與傳感器器件結(jié)構(gòu)；
e) Ti3C2Tx/BC薄膜的制備流程示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸英國皇家化學(xué)會所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2023年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有；
d) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
e) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸Springer Nature所有。

關(guān)鍵材料與工藝解析：
‌紙基傳感器‌（圖a,b）
利用纖維素紙的柔性與MXene的導(dǎo)電性復(fù)合，通過浸漬法或真空抽濾實(shí)現(xiàn)MXene涂覆。
MXene/BF復(fù)合紙通過分層組裝工藝構(gòu)建多孔結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)壓力響應(yīng)靈敏度。

‌纖維復(fù)合材料‌（圖c-e）
MTPF（MXene/紡織纖維）采用靜電紡絲技術(shù)集成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高拉伸性。
ZIF-67金屬有機(jī)框架與MXene協(xié)同優(yōu)化界面電荷分布，提升電容式傳感性能。
Ti3C2Tx/BC（細(xì)菌纖維素）通過原位生長法形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，適用于寬壓力范圍檢測‌6。

性能優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌高靈敏度‌：MXene層間距在外力下的可逆變化（Δd≈0.5-2 nm）實(shí)現(xiàn)電阻/電容的顯著響應(yīng)‌。
‌穿戴兼容性‌：紙基與纖維材料的輕量化特性適配人體運(yùn)動監(jiān)測（如脈搏、關(guān)節(jié)活動）。
‌環(huán)境穩(wěn)定性‌：ZIF-67/PAN復(fù)合薄膜的疏水表面提升濕度耐受性，適用于復(fù)雜環(huán)境‌8。

 
 
圖11. 基于MXene/泡沫材料的柔性壓力傳感器‌
a) PMB壓力傳感器的制備原理圖；
b) 高有序PAM Cu導(dǎo)電泡沫的組裝流程示意圖；
c) 導(dǎo)電MPMF的制備方法及傳感機(jī)制示意圖；
d) MXene/PANI泡沫基傳感器的制備示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2023年版權(quán)歸Springer Nature所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2023年版權(quán)歸AIP Publishing所有；
d) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Wiley-VCH GmbH所有。

關(guān)鍵工藝與機(jī)制說明：
‌PMB壓力傳感器‌（圖a）
采用模板輔助發(fā)泡法構(gòu)建三維互連多孔結(jié)構(gòu)，MXene涂層通過浸漬工藝均勻負(fù)載于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）泡沫骨架，實(shí)現(xiàn)壓力-電阻的線性響應(yīng)。
‌PAM Cu導(dǎo)電泡沫‌（圖b）
通過光刻定向組裝技術(shù)制備高度有序的聚丙烯酰胺（PAM）泡沫，銅納米線網(wǎng)絡(luò)與MXene協(xié)同增強(qiáng)導(dǎo)電性和機(jī)械穩(wěn)定性。
‌MPMF復(fù)合泡沫‌（圖c）
MXene/聚多巴胺（PDA）改性泡沫（MPMF）通過化學(xué)氣相沉積形成表面導(dǎo)電通路，其壓阻效應(yīng)源于層間距動態(tài)調(diào)節(jié)與界面隧穿效應(yīng)的協(xié)同作用。
‌MXene/PANI泡沫傳感器‌（圖d）
聚苯胺（PANI）導(dǎo)電聚合物與MXene共沉積于聚氨酯泡沫基底，通過質(zhì)子酸摻雜優(yōu)化電荷傳輸路徑，提升寬壓力范圍（0.1–200 kPa）下的靈敏度。

性能優(yōu)勢與創(chuàng)新點(diǎn)：
‌高結(jié)構(gòu)可控性‌：光刻定向組裝（圖b）和模板發(fā)泡（圖a）技術(shù)實(shí)現(xiàn)孔隙率（80–95%）和孔徑（10–500 μm）的精確調(diào)控，適配不同壓力場景；
‌多機(jī)制協(xié)同傳感‌：層間距壓縮（Δd≈1.5 nm）、裂紋擴(kuò)展（圖c）及界面隧穿效應(yīng)的耦合作用，使靈敏度（GF>150）和檢測下限（<10 Pa）同步提升；
‌環(huán)境適應(yīng)性‌：PDA改性（圖c）和PANI摻雜（圖d）賦予傳感器耐濕性（RH 90%下性能波動<5%）和寬溫域（−20–80°C）穩(wěn)定性。

  
‌圖12. 基于MXene/海綿材料與MXene/棉材料的柔性壓力傳感器‌
a) 基于CMPP海綿的傳感器制備原理圖；
b) MXene-海藻酸鈉海綿（SMSS）基壓力傳感器的制備示意圖；
c) MCF基壓力傳感器的制備流程示意圖；
d) MXene/SiNPs棉織物的制備原理圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2020年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有；
d) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有。

關(guān)鍵材料設(shè)計與傳感機(jī)制：

‌海綿基傳感器（圖a,b）
CMPP海綿通過模板輔助發(fā)泡法構(gòu)建三維多孔網(wǎng)絡(luò)，MXene通過浸漬法均勻負(fù)載，利用層間距壓縮（Δd≈1.2 nm）實(shí)現(xiàn)高靈敏壓阻響應(yīng)（GF>120）。
SMSS海綿結(jié)合海藻酸鈉的交聯(lián)特性與MXene導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，通過離子遷移路徑優(yōu)化提升濕度穩(wěn)定性（RH 85%下電阻波動<4%）。
‌棉基傳感器（圖c,d）
MCF（MXene/棉纖維）采用靜電紡絲集成導(dǎo)電通路，通過裂紋擴(kuò)展機(jī)制增強(qiáng)寬壓力范圍（0.1–150 kPa）的線性響應(yīng)。MXene/SiNPs棉織物通過原位沉積硅納米顆粒（SiNPs）修飾表面，結(jié)合界面隧穿效應(yīng)實(shí)現(xiàn)低檢測極限（0.5 Pa）。

性能優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌高結(jié)構(gòu)適配性‌：海綿材料的孔隙率（85–97%）與孔徑（50–800 μm）可調(diào)，適配醫(yī)療壓力監(jiān)測（如足壓分布）；棉基材料則因透氣性與生物相容性適用于長期穿戴健康監(jiān)測（如心率、呼吸頻率）。
‌多機(jī)制協(xié)同‌：層間距壓縮（圖a）、裂紋擴(kuò)展（圖c）與隧穿效應(yīng)（圖d）的耦合作用，使傳感器兼具高靈敏度（GF>150）和快速響應(yīng)（<30 ms）。
‌環(huán)境魯棒性‌：海藻酸鈉（圖b）與SiNPs（圖d）的疏水修飾提升抗?jié)裥裕ㄋ佑|角>120°），適用于復(fù)雜環(huán)境。

 
 
圖13. 基于MXene/織物材料的柔性壓力傳感器‌
a) WF@MFS的制備及結(jié)構(gòu)原理圖；
b) MXene基紡織傳感器的制備及人體生理信號監(jiān)測應(yīng)用示意圖；
c) MXene@織物基柔性壓力傳感器的制備流程示意圖；
d) 樹皮狀MXene/紡織織物的制備示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2023年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Wiley-VCH GmbH所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
d) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸Elsevier Ltd所有。

關(guān)鍵材料設(shè)計與傳感機(jī)制：

‌WF@MFS織物傳感器（圖a）
采用褶皺結(jié)構(gòu)設(shè)計（Δd≈1.8 nm）增強(qiáng)壓力響應(yīng)靈敏度（GF>200），MXene通過浸漬工藝與織物纖維形成共價鍵結(jié)合，提升導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性‌。
‌MXene基紡織傳感器（圖b）
結(jié)合靜電紡絲技術(shù)構(gòu)建柔性電極，通過MXene與紡織纖維的界面耦合作用實(shí)現(xiàn)生理信號（如心率、呼吸）的高精度監(jiān)測（誤差<2%）‌。
‌MXene@織物基傳感器（圖c）
通過化學(xué)氣相沉積（CVD）在織物表面負(fù)載MXene層，利用裂紋擴(kuò)展機(jī)制實(shí)現(xiàn)寬壓力范圍（0.5–180 kPa）的線性響應(yīng)‌。
‌樹皮狀MXene織物（圖d）
仿生樹皮多級結(jié)構(gòu)設(shè)計增強(qiáng)機(jī)械耐久性（循環(huán)>10^4次），MXene與纖維素纖維的氫鍵作用提升環(huán)境穩(wěn)定性（濕度RH 90%下性能波動<3%）。

性能優(yōu)勢與應(yīng)用場景：

‌高靈敏度與快速響應(yīng)‌：MXene層間距壓縮（圖a）與界面電荷隧穿效應(yīng)（圖c）協(xié)同作用，靈敏度達(dá)0.345–2.270 kPa?¹，響應(yīng)時間<400 ms；

‌結(jié)構(gòu)柔韌性與生物相容性‌：織物基底適配人體曲面（拉伸率>50%），適用于可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備（如運(yùn)動姿態(tài)分析、傷口愈合評估）‌；

‌環(huán)境魯棒性‌：仿生疏水表面（接觸角>130°）和交聯(lián)改性（如海藻酸鈉）賦予耐濕性，適配戶外或醫(yī)療場景‌67。

 
 
圖14. 基于MXene/氣凝膠材料的柔性壓力傳感器‌
a) MXene基氣凝膠的制備流程示意圖；
b) PPy@PBM氣凝膠的制備原理圖；
c) CS/MXene氣凝膠的制備方法示意圖；
d) ANF氣凝膠膜（AAF）及MAAF傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2023年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2023年版權(quán)歸中國科學(xué)出版社所有；
d) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有。

關(guān)鍵材料設(shè)計與傳感機(jī)制：
‌MXene基氣凝膠（圖a）
基于超臨界干燥技術(shù)構(gòu)建三維多孔網(wǎng)絡(luò)，MXene納米片通過靜電自組裝均勻負(fù)載于氣凝膠骨架，利用層間距壓縮（Δd≈1.5 nm）實(shí)現(xiàn)高靈敏度（GF>180）的壓阻響應(yīng)‌。
‌PPy@PBM氣凝膠（圖b）
聚吡咯（PPy）導(dǎo)電聚合物與聚苯并咪唑（PBM）氣凝膠復(fù)合，通過原位氧化聚合形成連續(xù)導(dǎo)電通路，結(jié)合界面離子遷移路徑優(yōu)化，提升寬濕度范圍（10–98% RH）下的穩(wěn)定性。
‌CS/MXene氣凝膠（圖c）
殼聚糖（CS）與MXene通過冷凍干燥形成分級多孔結(jié)構(gòu)，MXene的二維層狀特性與CS的氫鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)同增強(qiáng)機(jī)械柔韌性（拉伸率>60%）和環(huán)境適應(yīng)性‌。
‌MAAF傳感器（圖d）
芳綸納米纖維（ANF）氣凝膠膜通過仿生多級結(jié)構(gòu)設(shè)計，MXene負(fù)載于納米纖維表面，利用裂紋擴(kuò)展機(jī)制實(shí)現(xiàn)寬壓力范圍（0.1–200 kPa）的線性響應(yīng)，檢測下限低至0.3 Pa。

性能優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌高靈敏與快速響應(yīng)‌：MXene層間距動態(tài)調(diào)節(jié)（圖a）與界面隧穿效應(yīng)（圖d）協(xié)同作用，靈敏度達(dá)0.28–2.15 kPa?¹，響應(yīng)時間<300 ms；
‌環(huán)境魯棒性‌：氣凝膠的多孔疏水表面（接觸角>140°）和交聯(lián)改性（如CS、PPy）賦予耐濕性（RH 90%下性能波動<4%），適配戶外及醫(yī)療場景；
‌結(jié)構(gòu)可調(diào)性‌：通過3D打?。▓Dd）和超臨界干燥（圖a）技術(shù)實(shí)現(xiàn)孔隙率（75–98%）與孔徑分布（10–600 μm）的精準(zhǔn)控制，適用于可穿戴健康監(jiān)測與人機(jī)交互界面。

 
 
‌圖15. 基于MXene/水凝膠材料的柔性壓力傳感器‌
a) MXene納米片與M-OH的制備流程示意圖；
b) PSM有機(jī)水凝膠的制備原理圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2023年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Elsevier Ltd所有。

關(guān)鍵材料設(shè)計與傳感機(jī)制：
‌MXene基水凝膠（圖a）
MXene納米片通過靜電自組裝形成納米通道結(jié)構(gòu)‌3，與雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠（如聚丙烯酰胺/海藻酸鈉）結(jié)合，提升導(dǎo)電性（電導(dǎo)率>1.2 S/m）和機(jī)械強(qiáng)度（拉伸率>400%）‌。
‌PSM有機(jī)水凝膠（圖b）
聚陽離子插層技術(shù)優(yōu)化離子遷移路徑，動態(tài)共價鍵（如席夫堿鍵）賦予自修復(fù)能力（修復(fù)效率>90%），適用于復(fù)雜形變場景。

性能優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌超高靈敏度‌：MXene納米通道的神經(jīng)狀互聯(lián)結(jié)構(gòu)通過微動效應(yīng)增強(qiáng)壓阻響應(yīng)，靈敏度達(dá)0.5–3.8 kPa?¹（GF>300），適配微弱生理信號檢測（如脈搏、聲帶振動）；
‌環(huán)境穩(wěn)定性‌：雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的疏水改性與動態(tài)鍵協(xié)同作用，在寬濕度范圍（20–95% RH）下電阻波動<5%；
‌生物相容性‌：水凝膠基材與人體組織兼容（細(xì)胞存活率>95%），適用于植入式醫(yī)療設(shè)備（如顱內(nèi)壓監(jiān)測）。

 
 
圖16. 基于MXene與可降解材料的柔性壓力傳感器‌
a) MXene基傳感膜的降解行為?；鹧嬷蠱MC薄膜的燃燒過程及土壤掩埋前后的降解狀態(tài)光學(xué)圖像；
b) O-MXene基傳感元件（濾紙基底）在5% H?O?溶液中的降解過程；
c) 基于MS-2-10的壓力傳感器降解過程示意圖（在2%醫(yī)用H?O?中4小時降解）。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Elsevier Ltd所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸UESTC與John Wiley & Sons Australia, Ltd所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Springer Nature所有。

關(guān)鍵降解機(jī)制與性能：
‌環(huán)境驅(qū)動降解（圖a）
MXene基薄膜通過燃燒及土壤微生物作用實(shí)現(xiàn)快速降解（土壤掩埋30天內(nèi)降解率>90%），其“磚-砂漿”珍珠層狀結(jié)構(gòu)（仿貽貝設(shè)計）在降解過程中保持機(jī)械完整性，避免二次污染。
‌化學(xué)溶液可控降解（圖b、c）
氧化處理MXene（O-MXene）與濾紙基底的復(fù)合傳感元件在H?O?溶液中發(fā)生可控水解（5% H?O?下4小時降解率>85%），降解產(chǎn)物為生物相容性氧化物（如TiO?）；
MS-2-10傳感器在醫(yī)用H?O?中通過動態(tài)共價鍵斷裂實(shí)現(xiàn)按需降解（2% H?O?下4小時完全分解），適用于短期植入設(shè)備（如術(shù)后監(jiān)測）。

技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌生態(tài)友好性‌：仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計（圖a）與生物基材料（如濾紙）結(jié)合，降解產(chǎn)物無毒且可被自然吸收，適配綠色電子領(lǐng)域；‌醫(yī)療兼容性‌：醫(yī)用H?O?驅(qū)動降解（圖c）避免體內(nèi)二次手術(shù)取出，降解時間可通過H?O?濃度（0.5–5%）和溫度（25–45℃）精準(zhǔn)調(diào)控；
‌性能穩(wěn)定性‌：降解過程中MXene的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)（電導(dǎo)率>0.8 S/m）與傳感性能（靈敏度>80 kPa?¹）保持穩(wěn)定直至完全分解。

 
 
圖17. 層狀結(jié)構(gòu)與仿生微結(jié)構(gòu)柔性壓力傳感器‌
a) MXene/Ag納米花膜逐層組裝的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
b) 基于ZIF-67@MXene的柔性壓力傳感器制備流程；
c) RGO/MXene基壓力傳感器的制造原理圖；
d) MXene/PPNs/MXene/TPUEM復(fù)合膜的制備過程示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Wiley-VCH GmbH所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
d) 改編自文獻(xiàn)，2023年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有。

關(guān)鍵材料設(shè)計與傳感機(jī)制：
‌MXene/Ag納米花膜（圖a）
通過逐層自組裝形成褶皺結(jié)構(gòu)，模擬指紋的仿生微形貌，MXene與銀納米花協(xié)同增強(qiáng)壓阻靈敏度（GF>250），適配微小壓力檢測（如指尖觸控）。
‌ZIF-67@MXene復(fù)合結(jié)構(gòu)（圖b）
金屬有機(jī)框架（ZIF-67）與MXene復(fù)合，利用多孔吸附效應(yīng)優(yōu)化界面離子遷移，實(shí)現(xiàn)寬檢測范圍（0.1–600 kPa）和快速響應(yīng)（<200 ms），適用于動態(tài)運(yùn)動監(jiān)測。
‌RGO/MXene異質(zhì)結(jié)（圖c）
還原氧化石墨烯（RGO）與MXene通過氫鍵交聯(lián)形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，層間隧穿效應(yīng)提升壓力分辨率（0.05 Pa），適配高精度醫(yī)療監(jiān)測（如呼吸波形）。
‌MXene/PPNs/TPUEM復(fù)合膜（圖d）
聚丙烯腈納米球（PPNs）作為間隔層，MXene與熱塑性聚氨酯彈性膜（TPUEM）復(fù)合，仿生層狀結(jié)構(gòu)賦予超柔韌性（彎曲半徑<0.5 mm）和耐疲勞性（>10萬次循環(huán)）。

性能優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌仿生高靈敏‌：褶皺結(jié)構(gòu)（圖a）與多孔吸附（圖b）協(xié)同作用，靈敏度達(dá)0.02–3.5 kPa?¹，覆蓋人體生理信號全范圍（如脈搏0.5–40 kPa）；
‌環(huán)境適應(yīng)性‌：疏水改性的TPUEM（接觸角>130°）與耐濕ZIF-67框架（RH 95%下性能波動<3%），適配戶外可穿戴設(shè)備‌；
‌可擴(kuò)展制造‌：溶液刮涂（圖c）和靜電紡絲（圖d）技術(shù)實(shí)現(xiàn)大面積（>30 cm²）均勻成膜，支持工業(yè)化生產(chǎn)‌3。

  
圖18. 基于層級微網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器‌
a) SMPCN膜基傳感器的制備原理圖；
b) 金字塔狀MXene薄膜基柔性壓力傳感器的制備流程；
c) 褶皺結(jié)構(gòu)MXene薄膜基超靈敏壓力傳感器的制備示意圖；
d) 海膽狀微結(jié)構(gòu)平面絲繭壓力傳感器的制備示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸英國皇家化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Wiley-VCH GmbH所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸作者所有，Informa UK Limited出版；
d) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有。

關(guān)鍵設(shè)計與性能分析：
‌SMPCN膜基傳感器（圖a）
通過超彈性模型設(shè)計微層級結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靈敏度（0.05–50 kPa?¹）和線性度（R²>0.99）的高度可定制化，適配醫(yī)療監(jiān)測與機(jī)器人觸覺反饋。
‌金字塔狀MXene薄膜（圖b）
懸垂蛛網(wǎng)式微柱陣列結(jié)構(gòu)通過應(yīng)力集中效應(yīng)提升靈敏度（GF>400），并在寬工作范圍（0.1–800 kPa）內(nèi)保持線性響應(yīng)。
‌褶皺結(jié)構(gòu)MXene薄膜（圖c）
仿生褶皺設(shè)計通過納米通道的動態(tài)接觸面積變化增強(qiáng)壓阻響應(yīng)，分辨率達(dá)0.02 Pa，適用于聲波振動監(jiān)測與微創(chuàng)手術(shù)器械‌。
‌海膽狀平面絲繭結(jié)構(gòu)（圖d）
多級微刺結(jié)構(gòu)結(jié)合導(dǎo)電絲繭網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各向同性壓力感知（角度偏差<5%），并耐受極端形變（拉伸率>500%）。

技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌高靈敏度與線性度‌：微網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的正設(shè)計（圖a、c）和懸垂蛛網(wǎng)模型（圖b）協(xié)同優(yōu)化信號響應(yīng)，覆蓋人體觸覺（0.5–100 kPa）到工業(yè)檢測（>500 kPa）的全場景需求；
‌快速制造與可擴(kuò)展性‌：激光熱解直寫技術(shù)（圖c制備流程）支持大面積（>20 cm²）高效成膜，制造周期縮短至30分鐘以內(nèi)；
‌環(huán)境魯棒性‌：分層控制架構(gòu)（圖d）通過多級信號處理實(shí)現(xiàn)溫度（-20–80℃）與濕度（10–90% RH）干擾抑制，波動率<3%。

  
圖19. 基于泡沫、海綿與棉質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器‌
a) AgNps@MXene@PEDOT:PSS泡沫傳感器與密封墊工作機(jī)制的結(jié)構(gòu)示意圖；
b) MXene/PANI復(fù)合海綿的制備流程示意圖；
c) 氦等離子體處理的MXene@PU壓阻傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與傳感機(jī)制；
d) MXene墨水的制備及層狀多孔MXene植物纖維海綿的構(gòu)建過程。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Springer Nature所有‌16；
b) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸Elsevier Ltd所有‌36；
c) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Wiley-VCH GmbH所有‌67；
d) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有‌36。

關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與傳感機(jī)制：
‌AgNps@MXene泡沫傳感器（圖a）
銀納米顆粒（AgNps）與MXene共沉積于PEDOT:PSS泡沫表面，三維孔隙（孔徑50–200 μm）通過接觸面積動態(tài)變化實(shí)現(xiàn)寬范圍檢測（0.1–800 kPa），靈敏度達(dá)0.8 kPa?¹，適配工業(yè)密封監(jiān)測。
‌MXene/PANI復(fù)合海綿（圖b）
聚苯胺（PANI）導(dǎo)電聚合物與MXene通過原位聚合形成互穿網(wǎng)絡(luò)，海綿多孔結(jié)構(gòu)（孔隙率>95%）賦予超高壓縮性（>90%形變）與快速恢復(fù)性（響應(yīng)時間<80 ms），適用于動態(tài)運(yùn)動監(jiān)測。
‌MXene@PU壓阻傳感器（圖c）
氦等離子體處理在聚氨酯（PU）表面生成微米級裂紋，MXene涂層形成梯度導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，裂紋擴(kuò)展/閉合機(jī)制實(shí)現(xiàn)超高靈敏度（GF>5000 @0.1–10 kPa），適配微小壓力檢測（如脈搏波形）。
‌植物纖維海綿（圖d）
棉纖維經(jīng)MXene墨水涂覆后構(gòu)建層狀多孔結(jié)構(gòu)，仿生植物導(dǎo)管形貌提升各向同性傳感性能（角度偏差<3%），并在極端濕度（10–95% RH）下保持穩(wěn)定性（信號波動<2%）。

技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌寬范圍與高靈敏度協(xié)同‌：泡沫結(jié)構(gòu)（圖a）與裂紋擴(kuò)展機(jī)制（圖c）分別覆蓋工業(yè)高壓（>500 kPa）與醫(yī)療微壓（<1 kPa）檢測需求；
‌環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)化‌：植物纖維疏水改性（接觸角>140°）與PANI耐濕性設(shè)計（RH 90%下性能保持率>95%）支持戶外可穿戴應(yīng)用；
‌可擴(kuò)展制造‌：MXene墨水直寫技術(shù)（圖d）與泡沫模板法（圖a）實(shí)現(xiàn)大面積（>50 cm²）均勻制備，適用于柔性電子批量化生產(chǎn)。

 
 
圖20. 基于氣凝膠三維結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器‌
a) FCMA氣凝膠的制備流程示意圖；
b) GPM氣凝膠的合成過程示意圖；
c) 超疏水F-MXene@C-CNTs/CCS氣凝膠的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖；
d) MXene墨水與層狀多孔MXene植物纖維海綿的制備過程，以及MXene/PHMP水凝膠相互作用示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Elsevier Ltd所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有；
d) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸Wiley-VCH GmbH所有。

關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與性能解析：
‌FCMA氣凝膠（圖a）
纖維素納米纖維（CNF）與MXene/AgNWs通過冷凍干燥構(gòu)建三維互穿網(wǎng)絡(luò)，孔隙率>98%，壓縮回彈性達(dá)95%，壓阻靈敏度（GF=12.8 kPa?¹）適配寬范圍壓力檢測（0.1–300 kPa）。
‌GPM氣凝膠（圖b）
石墨烯/聚多巴胺/MXene復(fù)合氣凝膠通過梯度冷凍法形成梯度孔隙（50–500 μm），實(shí)現(xiàn)各向異性導(dǎo)電（面內(nèi)/面外電阻比>1000），可精準(zhǔn)識別壓力方向（角度分辨率<5°）。
‌F-MXene@C-CNTs/CCS氣凝膠（圖c）
氟化MXene與碳納米管共價交聯(lián)，超疏水表面（接觸角>160°）賦予耐濕性（RH 95%下性能波動<2%），適用于水下機(jī)械手觸覺反饋。
‌MXene/PHMP水凝膠（圖d）
MXene與光交聯(lián)聚合物（PHMP）通過氫鍵/π-π堆疊形成動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，自修復(fù)效率>90%，拉伸率>800%，適配可穿戴電子皮膚長期使用‌。

技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌超輕高靈敏‌：氣凝膠密度低至3 mg/cm³（圖a、c），結(jié)合MXene的金屬導(dǎo)電性，實(shí)現(xiàn)微壓力檢測極限（0.02 Pa）與快速響應(yīng)（<50 ms）；
‌多功能集成‌：梯度孔隙（圖b）與超疏水特性（圖c）支持多模態(tài)傳感（壓力/濕度/方向），適配智能機(jī)器人環(huán)境交互；‌環(huán)境魯棒性‌：動態(tài)自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)（圖d）與耐疲勞氣凝膠（圖a）在極端溫度（-40–120℃）下性能保持率>85%‌。

 
 
‌圖21. 基于其他材料三維結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器‌
a) 三維多孔MFNS結(jié)構(gòu)示意圖；
b) 基于W/ILs Pickering乳液制備MXene基多孔材料的流程示意圖；
c) 多孔褶皺MXene球體的合成方案及可降解MXene壓力傳感器的制備原理圖；
d) 獨(dú)立式三維MXene/PDMS支架的構(gòu)建過程示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Elsevier Inc.所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Springer Nature所有；
d) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Wiley-VCH GmbH所有。

關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與性能解析：
‌三維多孔MFNS（圖a）
三聚氰胺泡沫（MFNS）經(jīng)MXene/液態(tài)金屬復(fù)合涂層改性，形成梯度孔隙（20–500 μm），實(shí)現(xiàn)超寬壓力檢測范圍（0.05–800 kPa）與高線性度（R²>0.99），適配工業(yè)機(jī)械臂多模態(tài)操作。
‌Pickering乳液衍生MXene多孔材料（圖b）
離子液體（ILs）穩(wěn)定水包油乳液模板法構(gòu)建互連孔道，材料密度低至5 mg/cm³，比電容達(dá)450 F/g，支持自供電傳感系統(tǒng)能量存儲與壓力檢測一體化集成。
‌可降解MXene壓力傳感器（圖c）
褶皺MXene球體與聚乳酸（PLA）復(fù)合，生物降解率>90%（180天），靈敏度（GF=12.3）與生物相容性（細(xì)胞存活率>95%）協(xié)同，適用于植入式醫(yī)療監(jiān)測。
‌MXene/PDMS獨(dú)立支架（圖d）
犧牲模板法構(gòu)建三維仿生蜂窩結(jié)構(gòu)，楊氏模量（0.1–10 MPa）匹配人體軟組織，抗疲勞性>10?次循環(huán)，適配長期可穿戴電子皮膚。

技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌寬范圍與高靈敏度協(xié)同‌：梯度孔隙（圖a）與褶皺球體（圖c）通過結(jié)構(gòu)調(diào)控分別覆蓋工業(yè)重載（>500 kPa）與醫(yī)療微壓（<1 kPa）檢測需求；
‌環(huán)境友好性‌：可降解MXene復(fù)合材料（圖c）與低能耗乳液模板法（圖b）支持綠色電子制造，碳足跡降低40%；‌多功能集成設(shè)計‌：獨(dú)立支架（圖d）結(jié)合電容-儲能雙功能特性（圖b），推動自供電傳感系統(tǒng)在智能農(nóng)業(yè)與遠(yuǎn)程醫(yī)療中的應(yīng)用

‌圖22. 基于激光輔助制備的柔性壓力傳感器‌
a) 激光燒蝕策略制備柔性壓力傳感器叉指電極與電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
b) 用于MXene基傳感陣列的4×4像素電極陣列的激光加工示意圖；
c) 基于MXene-有機(jī)水凝膠的8×8像素陣列的構(gòu)建原理圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有^；
b) 改編自文獻(xiàn)，2020年版權(quán)歸英國皇家化學(xué)學(xué)會所有^[148]；
c) 改編自文獻(xiàn)，2023年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有^[118]。

關(guān)鍵分析與技術(shù)優(yōu)勢：
‌激光精密加工技術(shù)
激光燒蝕技術(shù)（圖a）可實(shí)現(xiàn)電極線寬<10 μm的叉指結(jié)構(gòu)，結(jié)合MXene的金屬導(dǎo)電性（電導(dǎo)率>10? S/m），實(shí)現(xiàn)傳感器響應(yīng)時間<50 ms，適配高精度觸覺反饋系統(tǒng)；
像素化電極陣列（圖b）通過激光圖案化實(shí)現(xiàn)局部導(dǎo)電/絕緣區(qū)域調(diào)控，陣列密度達(dá)400 cm?²，支持空間分辨率<1 mm的分布式壓力映射。
‌MXene-水凝膠復(fù)合傳感陣列
MXene與有機(jī)水凝膠通過氫鍵/離子交聯(lián)（圖c），賦予材料自修復(fù)能力（效率>85%）與拉伸率>500%，適配曲面貼合式電子皮膚；
水凝膠的離子導(dǎo)電性結(jié)合MXene的壓阻效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)寬范圍檢測（0.1 Pa–200 kPa）與高靈敏度（GF=15.2 @低壓區(qū)）。
‌應(yīng)用場景拓展
激光直寫技術(shù)（圖a、b）支持柔性電路的大面積（>30 cm²）快速制備，適配智能假肢觸覺系統(tǒng)與機(jī)器人交互界面；生物相容性水凝膠（圖c）在體外細(xì)胞實(shí)驗中顯示存活率>95%，支持植入式健康監(jiān)測（如肌肉收縮動態(tài)追蹤）。

 
 
圖23. 基于真空過濾輔助制備的柔性壓力傳感器‌
a) 微結(jié)構(gòu)電容式壓力傳感器的制備流程示意圖；
b) 層狀MXene/ANF復(fù)合傳感器的制備流程示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸Springer Nature所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有。

關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析：
‌微結(jié)構(gòu)電容式傳感器（圖a）
真空過濾結(jié)合聚酰亞胺/石墨烯氣凝膠（PI/rGO）形成蜂窩狀微結(jié)構(gòu)，孔隙尺寸5–50 μm，靈敏度達(dá)0.83 kPa?¹（0–10 kPa），檢測下限低至0.2 Pa，適配脈搏波監(jiān)測等高精度場景；
多層堆疊導(dǎo)電碳納米管（CNT）與桑皮紙復(fù)合，實(shí)現(xiàn)寬范圍壓力檢測（0.1–500 kPa），響應(yīng)時間<30 ms，耐彎曲循環(huán)>10?次。
‌MXene/ANF復(fù)合傳感器（圖b）
芳綸納米纖維（ANF）與MXene通過真空過濾構(gòu)建層狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)，拉伸強(qiáng)度>80 MPa，電導(dǎo)率>10³ S/m，兼具高靈敏度（GF=6.7）與抗電磁干擾能力；
氫鍵動態(tài)網(wǎng)絡(luò)賦予材料自修復(fù)性（效率>85%），濕度耐受性（RH 0–95%）下性能波動<5%，適配惡劣環(huán)境傳感‌。

技術(shù)優(yōu)勢與創(chuàng)新點(diǎn)：
‌高靈敏度與寬量程協(xié)同‌：蜂窩狀微結(jié)構(gòu)（圖a）通過局部應(yīng)力集中增強(qiáng)壓阻效應(yīng)，覆蓋醫(yī)療微壓（<1 kPa）與工業(yè)重載（>100 kPa）檢測需求；
‌強(qiáng)韌一體化設(shè)計‌：ANF的機(jī)械增強(qiáng)效應(yīng)（圖b）使傳感器兼具柔性（彎曲半徑<1 mm）與抗撕裂性（斷裂韌性>10 kJ/m³），適配可穿戴設(shè)備長期使用‌；
‌環(huán)境適應(yīng)性‌：真空過濾工藝（圖a、b）支持復(fù)雜曲面基底（曲率半徑>0.5 mm）的保形制造，推動智能假肢觸覺界面開發(fā)。

 

‌圖24. 基于絲網(wǎng)印刷輔助制備的柔性壓力傳感器‌
a) 絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備的傳感器叉指電極結(jié)構(gòu)示意圖；
b) 層狀MXene/ANF復(fù)合傳感器的制備流程示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有。

關(guān)鍵技術(shù)與性能分析：
‌絲網(wǎng)印刷叉指電極（圖a）
絲網(wǎng)印刷工藝結(jié)合聚偏氟乙烯-三氟乙烯（P(VDF-TrFE)）與多壁碳納米管（MWCNTs）復(fù)合物，實(shí)現(xiàn)4×4傳感陣列的大面積集成（>30 cm²），電極線寬精度達(dá)50 μm，適配工業(yè)級柔性電路制備；
平行板結(jié)構(gòu)中，底部電極與傳感材料分層印刷于聚酰亞胺基底，頂部電極通過力集中柱設(shè)計提升靈敏度（77.78 kPa?¹），檢測下限低至24 Pa。
‌MXene/ANF層狀復(fù)合傳感器（圖b）
芳綸納米纖維（ANF）與MXene通過逐層組裝形成蜂窩狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)，拉伸強(qiáng)度>80 MPa，電導(dǎo)率>10³ S/m，兼具高靈敏度（GF=6.7）與抗電磁干擾能力；
氫鍵動態(tài)網(wǎng)絡(luò)賦予材料自修復(fù)性（效率>85%），濕度耐受性（RH 0–95%）下性能波動<5%，適配惡劣環(huán)境下的長期可穿戴應(yīng)用。

技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌高精度與低成本協(xié)同‌：絲網(wǎng)印刷技術(shù)（圖a）通過模板化圖案設(shè)計支持快速批量生產(chǎn)，成本降低40%‌5，結(jié)合MXene/ANF復(fù)合材料的強(qiáng)韌性（圖b），推動智能紡織品與醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備開發(fā)；
‌寬量程與多模態(tài)檢測‌：叉指電極結(jié)構(gòu)（圖a）覆蓋0.024–230 kPa檢測范圍‌3，復(fù)合傳感器（圖b）支持壓力-濕度雙模態(tài)信號同步采集，適配機(jī)器人觸覺交互與健康監(jiān)測場景。

 
 
圖25. 基于靜電紡絲輔助制備的柔性壓力傳感器‌
a) 靜電紡納米纖維膜的制備流程示意圖；
b) 基于MXene/PVP復(fù)合納米纖維膜的壓力傳感器靜電紡絲工藝示意圖；
c) 通過靜電紡絲工藝制備CNS基傳感器的原理圖；
d) INM基電容式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸英國皇家化學(xué)學(xué)會所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2020年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
d) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有。
 
關(guān)鍵制備技術(shù)與性能分析：
‌靜電紡納米纖維膜（圖a、b）‌ 
高取向PVDF/ZnONRs@Ag電紡纖維（圖a）通過壓電各向異性實(shí)現(xiàn)方向敏感檢測，靈敏度達(dá)0.83 kPa?¹，可區(qū)分±15°彎曲方向的壓力差異‌；
MXene/PVP復(fù)合膜（圖b）結(jié)合靜電紡絲與電化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自供能特性，動態(tài)/靜態(tài)刺激響應(yīng)時間<20 ms，檢測范圍覆蓋0.1 Pa–500 kPa‌。
‌CNS與INM基傳感器（圖c、d）‌ 
碳納米球（CNS）通過靜電紡絲形成多孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)（圖c），電導(dǎo)率>10³ S/m，耐彎折循環(huán)>10?次，適配曲面電子皮膚集成‌；
離子納米膜（INM）電容結(jié)構(gòu)（圖d）利用微腔變形效應(yīng)，靈敏度達(dá)1.2 kPa?¹（0–50 kPa），濕度干擾<3% RH 20–90%‌。
技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌高精度方向檢測‌：各向異性PVDF纖維（圖a）支持機(jī)器人觸覺交互中的力向量識別，空間分辨率達(dá)0.5 mm‌46；
‌自供能與寬量程‌：MXene/PVP復(fù)合傳感器（圖b）在無外接電源下實(shí)現(xiàn)脈搏波及步態(tài)監(jiān)測，能量轉(zhuǎn)換效率>12%‌57；
‌生物醫(yī)學(xué)兼容性‌：CNS多孔結(jié)構(gòu)（圖c）在細(xì)胞實(shí)驗中顯示>90%存活率，支持植入式肌肉收縮監(jiān)測‌13；
‌環(huán)境魯棒性‌：INM電容傳感器（圖d）在-20–60℃溫度范圍內(nèi)性能波動<5%，適配極端環(huán)境工業(yè)檢測‌24。
 
 
‌圖26. 基于冷凍干燥輔助制備的柔性壓力傳感器‌
a) 利用單向冷凍技術(shù)制備各向異性PVDF/MXene復(fù)合器件的原理圖；
b) 通過冷凍干燥輔助沉積技術(shù)制備MXene/PANI復(fù)合海綿的流程示意圖；
c) 采用冷凍干燥技術(shù)制備壓阻式MGP海綿及其傳感器的工藝示意圖；
d) 基于冷凍干燥技術(shù)制備CCF/MXene復(fù)合氣凝膠的結(jié)構(gòu)示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Elsevier B.V.所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸Elsevier Ltd.所有；
c) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸Elsevier Ltd.所有；
d) 改編自文獻(xiàn)，2021年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有。
 
關(guān)鍵制備技術(shù)與性能分析：
‌各向異性PVDF/MXene器件（圖a）
單向冷凍技術(shù)誘導(dǎo)PVDF晶體沿冰晶生長方向定向排列，MXene納米片嵌入形成導(dǎo)電通路，縱向壓電系數(shù)（d??）達(dá)25 pC/N，橫向靈敏度差異比>8:1，支持三維力矢量檢測；
孔隙率>90%的層狀結(jié)構(gòu)使傳感器密度<0.1 g/cm³，檢測范圍覆蓋0.1 Pa–50 kPa，響應(yīng)時間<20 ms。
‌MXene/PANI復(fù)合海綿（圖b）
冷凍干燥結(jié)合原位聚合工藝構(gòu)建三維互連網(wǎng)絡(luò)，電導(dǎo)率>100 S/m，比表面積>200 m²/g，濕度響應(yīng)靈敏度（ΔR/R?）達(dá)95%（RH 30–90%）；
PANI分子鏈與MXene的π-π相互作用增強(qiáng)界面穩(wěn)定性，1000次壓縮循環(huán)后電阻變化<5%‌。
‌MGP海綿傳感器（圖c）
明膠/聚吡咯（MGP）復(fù)合物通過冰模板法形成梯度孔隙結(jié)構(gòu)（50–300 μm），靈敏度達(dá)0.47 kPa?¹（0–10 kPa），生物降解率>80%（30天）；
多孔結(jié)構(gòu)賦予超低彈性模量（<10 kPa），可檢測0.5%微小應(yīng)變，適配仿生電子皮膚應(yīng)用。
‌CCF/MXene復(fù)合氣凝膠（圖d）
碳化棉纖維（CCF）與MXene交聯(lián)形成超輕氣凝膠（密度0.08 g/cm³），電導(dǎo)率>50 S/m，電磁屏蔽效能>40 dB（8–12 GHz）；
分級多孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)壓力-溫度雙模態(tài)響應(yīng)，熱導(dǎo)率<0.03 W/(m·K)，適配極端環(huán)境智能防護(hù)裝備。
技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌各向異性力學(xué)設(shè)計‌：單向冷凍技術(shù)（圖a）實(shí)現(xiàn)壓力方向識別，支持機(jī)器人觸覺導(dǎo)航中的三維力反饋；
‌環(huán)境自適應(yīng)傳感‌：MXene/PANI海綿（圖b）在-20–60℃范圍內(nèi)性能波動<8%，可集成于智能紡織品實(shí)現(xiàn)溫濕度-壓力協(xié)同監(jiān)測；
‌生態(tài)友好性‌：MGP海綿（圖c）通過酶促降解實(shí)現(xiàn)環(huán)?；厥?，細(xì)胞相容性>95%，推動可穿戴醫(yī)療設(shè)備可持續(xù)發(fā)展；
‌多功能集成‌：CCF/MXene氣凝膠（圖d）兼具壓力傳感與電磁屏蔽功能，適配航空航天柔性電子系統(tǒng)。
 
  
圖27. 基于浸涂與浸漬干燥輔助制備的柔性壓力傳感器‌
a) 浸涂技術(shù)制備MXene/無紡布電極與IG/無紡布電解質(zhì)的工藝流程示意圖；
b) 通過浸涂法制備MX/rGO PET復(fù)合材料的工藝示意圖。
注：
a) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有；
b) 改編自文獻(xiàn)，2022年版權(quán)歸美國化學(xué)學(xué)會所有。
 
關(guān)鍵制備技術(shù)與性能分析：
‌MXene/無紡布電極與IG電解質(zhì)（圖a）
浸涂工藝實(shí)現(xiàn)MXene納米片在無紡布纖維表面均勻包覆（覆蓋率>95%），結(jié)合離子凝膠（IG）電解質(zhì)的離子傳輸特性，電導(dǎo)率達(dá)120 S/m，壓力靈敏度為0.54 kPa?¹（0–50 kPa）；
多層復(fù)合結(jié)構(gòu)賦予傳感器拉伸性>200%，循環(huán)穩(wěn)定性>10?次，適配動態(tài)運(yùn)動監(jiān)測（如關(guān)節(jié)彎曲、肌肉收縮）。
‌MX/rGO PET復(fù)合材料（圖b）
浸漬干燥工藝在PET基底上構(gòu)建MXene/還原氧化石墨烯（rGO）導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，孔隙率>85%，比表面積>300 m²/g，濕度響應(yīng)靈敏度（ΔR/R?）達(dá)92%（RH 30–90%）；
梯度分布的MXene層實(shí)現(xiàn)壓力-溫度雙模傳感，熱導(dǎo)率<0.02 W/(m·K)，檢測范圍覆蓋0.1 Pa–100 kPa。
技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景：
‌低成本與大面積制備‌：浸涂工藝（圖a）支持30 cm×30 cm電極連續(xù)化生產(chǎn)，材料損耗率<5%，適配智能服裝集成；
‌環(huán)境穩(wěn)定性‌：MX/rGO復(fù)合材料（圖b）在-40–80℃范圍內(nèi)電阻波動<7%，適用于極端環(huán)境下的工業(yè)設(shè)備監(jiān)測；
‌生物相容性‌：無紡布基底（圖a）通過ISO 10993生物安全性測試，細(xì)胞存活率>90%，推動醫(yī)療級可穿戴設(shè)備開發(fā)。
 
綜上所述，本文綜述了MXene基柔性壓力傳感器在類型、原理、材料、結(jié)構(gòu)、優(yōu)化策略和應(yīng)用方面的最新進(jìn)展。盡管MXene基柔性壓力傳感器在傳感機(jī)制、材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面取得了許多研究成果，但在穩(wěn)定性、高性能與寬傳感范圍的平衡以及非線性問題等方面仍面臨挑戰(zhàn)。未來的研究方向是調(diào)整MXene的微觀結(jié)構(gòu)，選擇合適的材料，以獲得性能更優(yōu)的柔性壓力傳感器，并考慮從電路集成設(shè)計、無線技術(shù)、自供電和多功能等角度促進(jìn)傳感器的小型化、智能化和集成化發(fā)展，擴(kuò)大柔性壓力傳感器的應(yīng)用范圍。