Nano Res.│中南大学阳军亮课题组：CNT/Ti₃C₂Tx-MXene/PDMS复合膜柔性应变传感器用于人体健康监测

作为新兴研究领域，可穿戴柔性应变传感器由于其独特的延展性和疲劳耐久性受到了广泛关注。柔性应变传感器可以通过附着于手指或膝关节上测量电阻应变响应的变化实现对人体运动的实时监测，具有较大的潜在应用价值。但是，现有柔性应变传感器面临着环境稳定性等诸多因素的影响。作为可穿戴设备，一方面需要考虑到环境因素对应变传感器的稳定性影响，如温度、水洗、刮擦等。另一方面，探索应变传感器在人体健康监测方面的应用，扩展柔性应变传感器的应用场景仍值得更广泛的挖掘。

作为新兴研究领域，可穿戴柔性应变传感器由于其独特的延展性和疲劳耐久性受到了广泛关注。柔性应变传感器可以通过附着于手指或膝关节上测量电阻应变响应的变化实现对人体运动的实时监测，具有较大的潜在应用价值。但是，现有柔性应变传感器面临着环境稳定性等诸多因素的影响。作为可穿戴设备，一方面需要考虑到环境因素对应变传感器的稳定性影响，如温度、水洗、刮擦等。另一方面，探索应变传感器在人体健康监测方面的应用，扩展柔性应变传感器的应用场景仍值得更广泛的挖掘。

中南大学阳军亮课题组通过抽滤和薄膜转移方法制备了一种具备环境稳定性的CNT/MXene/PDMS复合膜柔性应变传感器，利用CNT和MXene的一维/二维材料策略，提高了应变传感器的稳定性。通过变温测试、超声水洗测试、胶带粘连测试探究了外界干扰对应变传感器稳定性的影响，CNT/MXene/PDMS复合膜应变传感器在变温测试和超声水洗测试中保持了较高的稳定性，并深入探讨了应变传感器的传感机制。CNT/MXene/PDMS复合膜柔性应变传感器可用于检测人体的心电信号和关节运动。

本工作报道了一种具有高稳定性的CNT/MXene/PDMS复合膜柔性应变传感器。该传感器具有嵌入的微结构和气泡状表面，能够紧密的贴合皮肤，具备良好的拉伸应变响应及长期循环稳定性。该应变传感器具有出色的温度稳定和耐洗特性，超声处理120分钟后，电阻变化率小于9.5％，并且可实现30%应变下超过1000次的拉伸/恢复的长期循环稳定性。该传感器能够用于监测人体手指、腕部和肘部弯曲动作，对关节弯曲的不同角度能够显示明显的响应变化。基于CNT/MXene/PDMS复合膜的柔性应变传感器和柔性心电电极能够实现运动量监测和实时心电图监测。此项工作提供了一种记录运动量和生理信号的方法，可有效地监测运动过程中身体健康信号，在人体运动和医疗健康的监测可穿戴设备方面具有应用潜力。

图1 CNT/MXene/PDMS制备流程图

图2 CNT/MXene/PDMS复合膜应变传感器的传感特性

图3 CNT/MXene/PDMS复合膜在各种条件下的稳定性测试

图4 CNT/MXene/PDMS复合传感器在人体运动健康监测中的应用

阳军亮，中南大学物理与电子学院教授，博士生导师，柔性印刷电子团队负责人。主要研究领域为柔性印刷电子及薄膜太阳电池。主持国家重点专项课题、国家自然科学基金项目、国家四青人才项目、教育部新世纪人才项目、湖南省科技攻关项目及公司合作项目等20余项。在 Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, APL 等国际期刊发表论文210余篇（第一作者或通讯作者120余篇），引用5600余次，H-index为42；申请国家专利25项（授权16项），专利技术转让4项。

徐效文，中南大学物理与电子学院教授，硕士生导师。主要研究方向为智能仪器、信号检测与处理、可穿戴电子。近年来发表学术论文30 余篇，获国家授权发明专利6项；主持教育部电子信息类教指委教改项目1项，国家自然科学基金1项、重点实验室基金项目1项，横向课题2项，作为主要研究人员参加国家自然科学基金3项，国家863项目2项。

何培，中南大学物理与电子学院讲师，硕士生导师。主要研究方向为智能传感器件及系统、混合器件电路和系统设计、印刷电子器件及其异质异构集成。主持国家自然科学基金青年项目、湖南省自然科学基金青年项目等各类项目5项，参与国家自然科学基金3项。目前以第一或通讯作者发表SCI收录论文12篇，其中1篇入选ESI高被引论文。

Xiaowen Xu, Yucheng Chen, Pei He*, Song Wang, Kai Ling, Longhui Liu, Pengfei Lei, Xianjun Huang, Hu Zhao, Jianyun Cao & Junliang Yang*. Wearable CNT/Ti3C2Tx MXene/PDMS composite strain sensor with enhanced stability for real-time human healthcare monitoring. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3536-3.