作为可将机械感觉转化为电信号的各种设备，柔性可穿戴的压力传感器已在人工智能、人机界面和健康检测等领域中得到广泛应用，而对于具有高灵敏度的柔性压力传感器的需求也日渐增多。

图1.从纳米和微米尺度去设计和调控纤维素水凝胶，以实现灵敏度的飞跃

  近期，武汉大学化学与分子科学学院天然高分子吕昂团队只使用纤维素而不添加第二成分，从纳米和微米两个角度出发（图1），采用零浪费、绿色的方法，合理设计了一种纤维素离子导电水凝胶 (ICH)，可用于超灵敏压力传感器。通过引入低分子量纤维素，以及粗糙度的概念，ICH的压电灵敏度从0.04 kPa^-1增加到89.81 kPa^-1，增量足足有2245倍，同时ICH还具有高透明度、优异的耐久性和良好的导电性。此外，ICH还展示了作为传感器和阵列的巨大潜力，可用于医疗和运动识别等多个领域。该设计还适用于压阻型传感器，可实现更高的灵敏度。这种经济、有效、环保的技术无疑为提高柔性压力传感器的功能提供了新的视角和潜力。该工作以“Rationally designed cellulose hydrogel for an ultrasensitive pressure sensor”为题发表在《Materials Horizons》上。文章第一作者是武汉大学化学与分子科学学院博士研究生陈敏章，通讯作者为吕昂副教授。

图2. 引入低分子量纤维素对链结构的影响及水凝胶相关基本性能.

  如图2所示，在纳米尺度上，通过引入低分子量的纤维素，纤维素链末端数量的增加，ICH的网状尺寸也会增大，导致水凝胶模量的降低，使其在承受外部压力下的电容变化更大。因此，压电灵敏度从0.04 kPa^-1增加到13.31 kPa^-1，提高了333倍。

图3. 引入粗糙度对水凝胶结构的影响及相关传感性能.

  随后，如图3所示，在微米尺度上，以砂纸为模板，增加了ICH的表面粗糙度，从而增大了外力作用下电极与电介质之间有效接触面积。最终，在纳米和微米尺度的协同调节下，ICH的灵敏度进一步提高到89.81 kPa 1，比原始值增加了2245倍。

图4. 模拟输液场景并将ICH应用于检测微弱压力

  如图4所示，通过建立一个病人正在输液的场景，然后将 ICH 传感器放置在不同位置以检测微小的压力范围（1 Pa 至 1 kPa），就可以通过检测生理信号（包括脉搏、呼吸、心跳和输液）来实时监测病人的健康状况。

  原文链接：

  Rationally designed cellulose hydrogel for an ultrasensitive pressure sensor - Materials Horizons (RSC Publishing)

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/mh/d3mh01051a

图文转载自【中国聚合物网】:http://www.polymer.cn/