开发一种具有防水性和透气性的全纸基传感器

纸基电子产品因其柔韧、可降解和低成本等优势而备受瞩目。然而，纸基传感器在高湿度环境甚至水下环境的应用颇具挑战。因此，从器件性能和环保方面而言，开发一种具有防水性和透气性的全纸基传感器仍是一项挑战。

据麦姆斯咨询报道，近日，西北工业大学黄维院士、于海东教授团队和宁波大学石川千助理研究员合作开发了一种全纸基压阻式压力传感系统。该系统集柔韧性、防水性、透气性和生物相容性于一体，以疏水纸作为衬底和封装层，采用具有双“之”字形和点状表面结构的导电纸作为传感层，以及银浆薄膜作为互连材料。

传感层的结构设计有助于增加相邻层在压力作用下的接触面积，进而提高压力敏感性。得益于其疏水纤维结构，该压阻式压力传感系统可在日常环境、潮湿以及水下环境中紧贴人体皮肤，实时监测生理信号，具备优异的透气性和防水性。这项研究为可穿戴技术提供了一种可靠、经济和环保的人体生理信号监测解决方案。相关研究成果已发表于npj Flexible Electronics期刊。

全纸基柔性压阻式传感系统的制造和应用图示

在这项工作中，研究人员通过将带有点状表面结构的双“之”字形导电纸与带有银浆的疏水纸叠加，成功构建了一种成本低、工艺简单、制备快速的全纸基柔性压阻式压力传感器。传感层基于石墨烯/单壁碳纳米管（SWNTs）复合材料，通过在薄纸上涂覆复合溶液而成，具备大规模生产的能力。之后将传感层折叠，在“之”字形折叠结构角度变化、表面点之间相互挤压以及纤维间隙减小的共同作用下，简易地制成了具有高灵敏度的压阻式压力传感器。

该压阻式压力传感器展现出高灵敏度（线性范围为0 ~ 0.6 kPa和0.6 ~ 60.4 kPa时，灵敏度分别为12.6 kPa⁻¹和4.3 kPa⁻¹）、良好的循环稳定性、低工作电压（约0.1 V）和快速响应时间（214 ms）。由于完全采用纸质材料，该压力传感器是可生物降解的，能通过焚烧简易处理，从而避免产生电子垃圾。

全纸基柔性压阻式压力传感器的电学性能

全纸基柔性压阻式压力传感器的疏水和透气性能

得益于封装层良好的透气性和防水性，该压力传感器可以佩戴在人体皮肤上，用于监测生理信号，如腕部脉搏、喉部声音、手指按压、脚部行走信号以及腕部弯曲信号等。同时，它还可以应用于柔性电子皮肤以响应外部压力及分布。此外，由于其良好的疏水性，该压力传感器还可以在潮湿或水下环境应用，从而改善了环境湿度对传感器性能的影响。

由于其高灵敏度、低工作电压、快速响应、疏水性、透气性和生物降解性等特点，这种全纸基压阻式压力传感系统未来将在低成本、绿色和柔性电子领域发挥巨大的潜力。

全纸基柔性压阻式传感器应用于人体生理信号的实时监测

全纸基柔性压阻式压力传感器在高湿度和水下环境的应用

这项研究工作为制造低成本、易于使用的纸基疏水传感器奠定了基础，拓宽了其应用范围，同时推动了绿色柔性电子的进一步发展。

审核编辑：刘清