近年來(lái)，消費(fèi)電子、人工智能和臨床醫(yī)學(xué)正在快速發(fā)展，新興的可穿戴式傳感器設(shè)備正在改變著人們的日常生活，如仿生肢體、健康運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等，使人們更加向往新一代便捷化、智能化的健康生活方式。柔性壓力傳感器在人工智能領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是一種按照一定規(guī)律將外界刺激信號(hào)轉(zhuǎn)化輸出為可用電信號(hào)的器件。
氣凝膠是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)充滿(mǎn)氣體的納米多孔材料，由于其特殊三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，具有低密度、高比表面積、高孔隙率、低熱導(dǎo)率、結(jié)構(gòu)可控等諸多優(yōu)異性能，在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等諸方面均顯示其優(yōu)秀性質(zhì)，因此其在耐溫、電磁屏蔽、傳感、吸附、儲(chǔ)能、催化等領(lǐng)域得到了廣泛的研究。其中，高比表面積、導(dǎo)電性好、柔韌性好的導(dǎo)電氣凝膠材料在柔性壓力傳感器方面的應(yīng)用逐 漸成為新的研究熱點(diǎn)。
以聚氨酯、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷等聚合物為基體，復(fù)合炭黑、碳納米管（CNT）、石墨烯、金屬納米線(xiàn)、二維金屬碳/氮氧化物 （MXene）等導(dǎo)電填料，或與具有導(dǎo)電性好、柔韌性好、低成本的聚吡咯 （PPy）和聚苯胺（PANI）等導(dǎo)電高分子材料交聯(lián)，形成導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是主要研究方法。
目前，研究較多的是碳?xì)饽z、MXene復(fù)合氣凝膠、金屬納米線(xiàn)復(fù)合氣凝膠、導(dǎo)電高分子材料復(fù)合氣凝膠等柔性導(dǎo)電氣凝膠材料，組裝成的柔性壓力傳感器具有高靈敏度、低檢測(cè)限、寬檢測(cè)范圍、短響應(yīng)時(shí)間和出色的壓縮循環(huán)穩(wěn)定性等性能特點(diǎn)。
近年來(lái)，研究者們發(fā)現(xiàn)具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性、彈性和高導(dǎo)電性碳?xì)饽z在可穿戴傳感器、電子皮膚和柔性?xún)?chǔ)能裝置中顯示出重要應(yīng)用潛力，主要以石墨烯、氧化石墨烯（GO）、CNT及其復(fù)合材料等碳納米材料合成了一系列低密度、高孔隙率的彈性碳?xì)饽z。
MXene是二維過(guò)渡金屬碳/氮化物，一種有高導(dǎo)電性、優(yōu)異的導(dǎo)熱性和良好的親水性新型二維材料，考慮到MXene片層自身存在脆性的問(wèn)題，構(gòu)建成連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔氣凝膠材料經(jīng)常需與其它一維或二維的高韌性、彈性材料共同結(jié)合，近年來(lái)，研究人員常用聚酰胺纖維、芳綸納米纖維、聚硅氧烷構(gòu)筑氣凝膠支撐骨架，設(shè)計(jì)出的MXene復(fù)合氣凝膠材料在柔性壓力傳感器領(lǐng)域顯示出良好的潛在應(yīng)用前景。
金屬納米線(xiàn)因有著優(yōu)異的導(dǎo)電性和比表面等特性常被用于柔性壓阻傳感器的研發(fā)。研究表明]通過(guò)在銅納米線(xiàn)表面引入一層均勻致密的石墨烯殼層阻擋水分、空氣與銅的直接接觸，構(gòu)建了性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)可控的銅納米線(xiàn)@石墨烯核殼氣凝膠結(jié)構(gòu)，制備了高靈敏、快速響應(yīng)、長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定的壓阻式壓力傳感器，響應(yīng)時(shí)間低至15.93ms，壓力檢測(cè)范圍可寬至640P a～82.26kPa，經(jīng)過(guò) 1000次壓縮循環(huán)測(cè)試后性能仍保持穩(wěn)定，在壓力傳感領(lǐng)域的應(yīng)用研究中，低成本、性能穩(wěn)定、可控制備的銅納米線(xiàn)氣凝膠不失為一種新的思路
導(dǎo)電高分子材料有著優(yōu)異的導(dǎo)電性、良好的柔韌性、較低的生產(chǎn)成本等性能優(yōu)勢(shì)，常被研究人員應(yīng)用于柔性壓阻式壓力傳感器的研究。其中，聚吡咯（PPy）和聚苯胺（PANI）是最為常見(jiàn)的導(dǎo)電高分子材料。
多孔結(jié)構(gòu)的氣凝膠納米材料被證明是柔性壓阻傳感器的首選，在可穿戴電子設(shè)備、健康監(jiān)測(cè)、智能機(jī)器人、電子皮膚等領(lǐng)域顯示出廣泛的潛在應(yīng)用前景。然而，柔性壓力傳感器不僅要考慮優(yōu)異的傳感性能，更要考慮生物相容性、自愈合性、高低溫穩(wěn)定性、低成本、工藝簡(jiǎn)單、可規(guī)?；a(chǎn)等多種應(yīng)用條件，對(duì)于研究人員而言，仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
來(lái)源：[1]趙建偉,尚陽(yáng),劉栩瑞,張鵬君,李飛鶴.氣凝膠應(yīng)用于柔性壓力傳感器的研究進(jìn)展[J].新材料產(chǎn)業(yè),2022(03):13-16.DOI:10.19599/j.issn.1008-892x.
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氣凝膠論壇）：柔性導(dǎo)電氣凝膠材料應(yīng)用于壓力傳感器
