可實時檢測人體參數的柔性機械傳感器在軟機器人、人體活動監測和健康診斷等諸多領域得到了廣泛的應用。高靈敏度和持久穩定的信號輸出是應變傳感器的兩個關鍵因素。近年來，MXene基材料因其高導電性和傳感性能而備受關注，但MXene基復合材料固有的抗氧化性能差和結合力弱一直阻礙著信號的穩定性。在此，研究者提出了一種簡單的策略，通過原位聚合制備具有良好抗氧化性的聚多巴胺改性MXene納米片（PMXene），然后將其均勻地負載在熱塑性聚氨酯-碳納米管（TPU-CNT）納米纖維上。由于PMXene、CNT和摻雜Ni離子之間的粘附和相互作用，在所制備的柔性傳感器中實現了有效的1D/2D雙導電網絡。該傳感器具有9.25的高靈敏度、100%應變下的可調檢測范圍以及900次循環期間的可靠信號輸出能力。此外，粘性多巴胺層能夠有效隔離氧氣并確保設備的穩定性。值得注意的是，該傳感器可用于識別各種人體關節運動并檢測吞咽和發聲等生理信號，這表明該應變傳感器在可穿戴電子設備中具有巨大的應用潛力。
圖1.基于TPU-CNT-PMXene/Ni納米纖維膜的應變傳感器示意圖。
圖2.PMXene的表征和反應機理分析。（a-b）剝離的MXene納米片和PMXene水懸浮液的TEM圖像和廷德爾現象。（c）Ti3AlC2、MXene和PMXene的XRD圖譜。（d）MXene和PMXene的拉曼光譜表征。（e-f）原始MXene和PMXene的XPS分析。
圖3.（a-c）電紡純TPU、TPU-CNT和TPU-CNT-PMXene/Ni納米纖維的FESEM圖像，以及相應的尺寸分布，（d）CNTs負載納米纖維在不同超聲時間下的方形電阻，（e）TPU-CNT納米纖維、TPU-CNT-PMXene/Ni納米纖維和TPU-CNT-PMXene/Ni納米纖維在自然條件下放置10天的方形電阻。（f）MXene樣品和PMXene樣品在不同時間下的抗氧化性研究，（g）TPU-CNT-PMXene/Ni納米纖維膜的EDS映射和元素含量，（h）兩種樣品的TG曲線，（i）納米纖維膜的壓縮應力-應變曲線。
圖4.納米纖維基應變傳感器的應用特性。（a）一系列照片顯示了傳感器的厚度、柔性和重量參數，（b）納米纖維膜的透氣性測試，（c）藍色方塊區域表示水靜態接觸角，（d）不同納米纖維膜的MMT。
圖5.用于測試傳感性能的變形誘導電阻信號。（a）TPU-CNT和TPU-CNT-PMXene/Ni納米纖維膜的應變響應，（b）波信號的靈敏度曲線和放大曲線，（c）不同應變下的電壓-電流曲線，（d）重復不同應變的電阻響應。（e）20%ε下的電阻變化（ΔR/R0）-應變關系，（f）傳感器機構的原理示意圖，（g）傳感器處于彎曲狀態下的電阻，（h）顯示靈敏度的壓力-電阻曲線，（i）加載-卸載壓力循環。
圖6.收集的物理和細微生理信號：（a）由不同角度手指點擊引起傳感器的彎曲傳感輸出，（b-c）手腕和肘關節的伸展運動，（d）膝蓋動作的電阻信號，（e）相同頻率下志愿者的步行記錄，（f）將傳感器纏繞在腳踝上。
圖7.（a-b）顯示吞咽和飲水不同喉部運動的電特性變化曲線，（c）實時監測喉嚨吞咽和說話時的電特性。（d-f）咬肌咀嚼、頸部運動以及不同情緒面部表情的電阻信號。
圖8.將不同材料附著在志愿者前臂上以進行皮膚刺激試驗的光學圖像：左前臂上的TPU薄膜、WPU薄膜和PDMS薄膜，右前臂上的TPU納米纖維膜、TPU-CNT納米纖維膜和TPU-CNT-PMXene/Ni納米纖維膜。
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