随着人机交互和智能机器人等领域的快速发展，对柔性压力传感器的响应速度、检测范围和灵敏度提出了更高要求，但现有器件难以同时兼顾超快响应（<10 ms）、高灵敏度与宽检测范围。本文，北京信息科技大学梁密生 副教授、尤睿 教授等，联合清华大学集成电路学院田禾 长聘副教授等在《Microsystems & Nanoengineering》期刊发表名为“Laser‑induced Graphene/Cu‑based Fully‑porous Flexible Capacitive Pressure Sensor with Ultra‑fast Response and Wide Measurement Range”的论文，研究提出了一种全多孔柔性电容压力传感器（FPFCPS），其采用“三明治”结构，电极层为飞秒激光诱导Cu复合石墨烯（LICuG），介电层为经离子液体修饰的聚氨酯泡沫并涂覆 PVA 水凝胶。
LICuG 的分级多孔结构与高导电性在电极–介电层界面实现机械互锁与电子极化耦合，显著改善界面接触、可压缩性与电容响应。传感器实现高灵敏度 863.17 kPa⁻¹、宽检测范围（10 Pa–500 kPa）以及快响应时间约5ms，同时具备优异柔性与长期稳定性。在机器人关节处集成后，可在约5ms内检测到碰撞，并通过触觉识别障碍物类型，为新一代智能触觉系统提供了新结构范式与材料策略。
图1：FPFCP的制造、机制、性能比较及机器人应用。
本研究通过材料-结构-工艺的协同创新，提出了一种FPFCPS，在灵敏度、检测范围和动态响应时间等核心性能指标方面实现了突破性提升。基于飞秒激光诱导石墨烯（Fs-LIG）技术，采用激光诱导的一步法集成策略，通过铜前驱体掺杂和原位还原，合成了嵌有铜纳米颗粒（Cu NPs）的三维多孔石墨烯电极（LICuG）。在相同的加工条件下，LICuG 的导电率（5.26×10³ S m⁻¹）是纯 LIG 的 50 倍，同时还保持了出色的机械柔韧性。这种制备策略开创了 LICuG 在 EDLC 压力传感器领域的应用。作为一种大胆且非传统的电极层选择，LICuG 展现出高电导率、分级多孔结构以及卓越的界面极化能力，有效拓展了电容式压力传感架构的功能极限。
该传感器集成了离子功能化聚氨酯泡沫 (IL-foam) 以及 PVA 水凝胶涂层的梯度模量设计，建立了电极-介电体协同变形机制。通过孔隙互锁和弹性缓冲作用，实现了接触面积的动态调节，从而兼顾了高灵敏度（863.17 kPa⁻¹）与宽检测范围（10 Pa–500 kPa）。此外，铜纳米颗粒与介电层中离子之间的相互作用催化了电双层电容极化过程，使FPFCPS能够实现约5 ms的瞬时响应时间。本研究的有限元分析揭示了多孔电极与介电层界面处的多物理场耦合现象，证实全多孔结构通过跨尺度变形调节了电双层电容（EDLC）的接触面积。PVA水凝胶涂层重构了力学性能，而Cu NPs的掺杂则优化了离子极化动力学。此外，FPFCPS在生物力学监测和人机交互中展现出卓越的动态响应性能，能够高精度地检测人体的微弱压力信号并实现实时交互感知。在智能机器人领域，其毫秒级响应速度和宽范围灵敏度能够准确捕获瞬态碰撞信号。它还能对接触压力梯度进行实时分析，从而实现对障碍物材料类型的高精度分类。
文献：https://doi.org/10.1038/s41378-026-01354-6
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