柔性压阻压力传感器因结构简单、响应范围宽、成本低，在电子皮肤、可穿戴健康监测与人机交互等领域应用前景广阔，但在高温或低温极端环境下，传统聚合物泡沫基底易软化或脆化，单一导电填料的增强效果有限，制约其在航空航天、极地探测等场景中的应用。本文，哈尔滨工程大学Gaohui Sun等在《Advanced Engineering Materials》期刊发表名为“Enhanced Sensing Behavior of Polyimide‑Based Flexible Piezoresistive Sensor via Synergistic Effect of Binary Carbon Materials”的论文，研究以热稳定性优异的聚酰亚胺（PI）海绵为柔性基底，通过水热自组装与冷冻干燥制备了还原氧化石墨烯‑碳黑（rGO‑CB）包覆的 PI 复合海绵（rGO‑CB/PI）。
零维 CB 纳米颗粒嵌入二维 rGO 层间，构建“点‑面”耦合二元碳结构，形成三维导电网并获得显著协同效应：最高电导率达 2.55×10⁻³ S·m⁻¹，分别是纯 rGO/PI 和 CB/PI 复合海绵的 4.17 倍和 1.8×10⁵ 倍；传感器在 0–1 kPa 范围内灵敏度为 0.875 kPa⁻¹，是单一 rGO/PI 海绵的 2.13 倍，并具有良好的循环稳定性（1000 次压缩）。进一步，传感器在 450 ℃ 和 −196 ℃ 各处理 6 h 后仍能在室温下稳定工作，0–2 kPa 灵敏度分别提升至初始值的 135.6% 和保留 88.7%，为极端环境用柔性传感器提供了新参考。
图1、Schematic diagram of the preparation process for the rGO-CB/PI composite sponges.
在本研究中，采用PI海绵作为柔性基底，通过结合水热自组装和冻干技术，设计并制备了基于涂覆有还原氧化石墨烯-炭黑（rGO-CB）的PI复合海绵的柔性压阻传感器。这两种碳材料的协同效应有效弥补了单组分体系的局限性。具体而言，零维碳黑纳米颗粒嵌入二维氧化石墨烯纳米片之间，作为导电桥构建了点-面耦合的二元碳结构。这种构型使PI海绵上形成了连续的三维导电网络，从而赋予该复合材料增强的电导率和高灵敏度。通过调节 GO 与 CB 的比例并优化水热反应时间，所制备的 rGO-CB/PI 复合海绵展现出 2.55×10−3 S m−1 的最大电导率。相应的传感器在 0–1 kPa 压力范围内表现出 0.875 kPa⁻¹ 的灵敏度，是原始 rGO/PI 海绵传感器的 2.13 倍，并在经过 1000 次循环压缩测试后仍保持稳定的性能。此外，即使在450和−196°C的极端热环境中暴露6小时并随后恢复至室温后，rGO-CB/PI复合海绵仍保持了可靠的传感性能。综上所述，所制备的二元碳材料在复合海绵柔性压阻传感器中表现出协同效应，实现了高灵敏度、良好的压缩循环稳定性以及对高温和低温的稳定耐受性。
文献：https://doi.org/10.1002/adem.71114
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