柔性电子器件凭借其可穿戴性与皮肤兼容性，在健康监测领域展现出巨大潜力。然而，全面的健康评估依赖多维生理信息，单一模态传感难以实现。因此，开发多模态高性能传感器具有重要意义。基于此，本文，安徽大学 郭小辉 教授/赵雨农团队在《ACS Applied Polymer Materials》期刊发表名为”A Flexible, Highly Sensitive Dual-Mode Temperature–Pressure Sensor with Waterproof Micropillar Structures for Wearable Physiological Sensing”的论文，研究提出了一种可同时检测温度与压力的柔性双模传感器。该传感器的温度敏感层通过将纺织纤维基底反复浸渍于聚苯胺（PANI）、还原氧化石墨烯（rGO）与硅橡胶（SR）的均匀复合液中，形成稳定的三维导电网络，依靠本征热敏性响应温度变化。压力敏感层则采用 AB 胶结合 3D 打印模板构建的微柱微结构，基于电容机制工作。
此外，微结构封装策略将两条传感路径物理解耦，有效抑制信号耦合、降低串扰（cross-sensitivity），从而在复杂环境下实现可靠的多模态监测。经系统表征与测试，温度敏感层在 25–60 °C 范围内表现出稳定的传感性能，电阻温度系数（TCR）达 −1.14%/°C；压力敏感层检测范围宽达 0–137.1 kPa，在 0–0.9 kPa 区间灵敏度高达 1.11 kPa⁻¹。同时，该传感器还具备优异的防水性能（微柱结构显著提升水接触角），并成功应用于人体关节运动监测、交互式安防输入与智能用水分析，展现出在可穿戴电子与智能家居系统中的广阔前景。
图1、双模传感器整体结构设计与工作机制示意。展示了温度敏感层（PANI/rGO/SR 复合浸渍纺织纤维）与压力敏感层（AB 胶 3D 打印微柱电容结构）的层状构型，以及通过微结构封装实现两路信号物理隔离、降低串扰的设计思路，直观呈现器件用于可穿戴生理监测的工作原理。
本研究提出了一种结合温度与压力双模检测的可穿戴柔性传感器，基于 PANI/rGO/SR 三维导电网络的温度敏感层与 AB 胶 3D 打印微柱电容结构的压力敏感层，并通过微结构封装策略实现两路信号物理隔离，显著降低了模态间的交叉串扰。研究结果表明，温度敏感层在 25–60 °C 范围内稳定工作，电阻温度系数达 −1.14%/°C；压力敏感层检测范围覆盖 0–137.1 kPa，在 0–0.9 kPa 区间灵敏度高达 1.11 kPa⁻¹。同时，防水微柱结构赋予器件良好的疏水性能，使其适用于复杂潮湿环境。该双模传感器表现出良好的综合传感性能。因此，本研究有望为可穿戴多模态生理监测器件的开发提供新的思路。此外，其在关节运动监测、安防交互与智能用水分析中的成功验证，进一步拓展了柔性传感器在可穿戴电子与智能家居系统中的应用前景。
文献信息
- 论文标题：A Flexible, Highly Sensitive Dual-Mode Temperature–Pressure Sensor with Waterproof Micropillar Structures for Wearable Physiological Sensing
- 期刊：ACS Applied Polymer Materials（American Chemical Society）
- DOI：10.1021/acsapm.6c01641
- 原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsapm.6c01641
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
