柔性壓力傳感器在健康監測與診斷、機械假肢和人機交互等關鍵醫學技術領域中起著重要的作用。在很多應用場景中，高靈敏度和寬線性響應范圍的柔性壓力傳感器是準確捕捉壓力刺激信號的關鍵條件。對于具有多個線性區間的壓力傳感器，在實際應用中需要額外的電路和信號處理來滿足不同的壓力負載范圍。此外，在傳感器封裝以及固定到皮膚表面時，不可避免地存在預載壓力。例如，對于一些微弱的生理信號，通常需要更高的預載壓力以最大程度地提取皮膚信號。預載壓力往往會超出高靈敏度的有效壓力范圍，降低傳感器對微小壓力刺激的感知能力。因此，寬線性響應范圍內具有高靈敏度的特性對于實現高壓力分辨率、高信噪比以及簡化信號處理過程至關重要。
目前，已報道的大多數電阻型壓力傳感器的有效檢測范圍主要集中在500 kPa內，包括2~3個線性區間，具有最高靈敏度的線性響應范圍通常在200 kPa內，當受到更大壓力負載時靈敏度會顯著下降。顯然，高靈敏度和寬檢測范圍之間存在著制約關系。為了克服這一限制，復雜的微觀多層結構、梯度微納結構界面及孔隙設計策略成功實現了超過1000 kPa的超寬檢測范圍和高靈敏度壓力傳感器。然而，構建具有高精度和多維度的微納結構往往需要精準的技術和更高的加工成本，這些復雜的設計策略和制作工藝不利于傳感器的可重復性和可靠性。構筑三維多孔結構和多層微納結構的方法導致了器件厚度增加，限制了傳感器對皮膚和復雜表面的最佳順應性和附著能力。因此，現有的解決方案仍然存在制作工藝復雜、制作成本高和器件尺寸難以滿足需求等問題（圖 1所示），柔性可穿戴傳感器的實用化仍然具有挑戰性。
圖1. 本工作與已報道研究中寬量程電阻型柔性壓力傳感器比較：解決方案和設計策略、器件結構、工藝復雜性、制作成本、器件厚度
最近，吉林大學張彤教授團隊提出了一種基于Janus導電結構的壓阻傳感器。該結構由雙電阻敏感層組裝而成，電流傳輸路徑在寬量程內由壓力引起的階段性轉變有效地緩解了傳感器電阻變化的飽和速率。所構筑的壓力傳感器具有0-3800 kPa的超寬檢測范圍，在0-1000 kPa范圍內具有4.11 kPa-1的高靈敏度和99.9%的線性度。與已報道的超寬量程的壓阻型傳感器相比，該工作中傳感器表現出更高的靈敏度和更寬的線性響應范圍。研究中選擇纖維素納米纖維（CNFs）紙作為基底，將CNFs/CNTs復合纖維紙作為敏感層，簡單的材料制備和器件組裝工藝有效簡化了制作工藝并降低了成本，傳感器具有200μm的超薄器件厚度以適應形變。此外，在表面設計策略中采用的復雜微納結構極易在長期重復和高強度機械壓力負載下發生老化，與立體的微納結構界面設計相比，紙張提供了一個相對平坦的接觸界面從而避免類似問題的發生，傳感器能夠在高壓負載重復下，保持良好的穩定性和耐久性。該工作提出了一種開創性的方法，實現了一種有效的兼顧電阻型柔性壓力傳感器敏感性能、器件體積和工藝成本的最佳解決方案。
圖7. 壓力傳感器陣列的設計及其在步態分析中的應用:（a）4×11像素壓力傳感器陣列的結構示意圖;（b）無線足底壓力分布檢測系統照片;（c）無線步態檢測系統的組成部分;（d）足部可分為三個區域：前掌、足中部和腳跟，以及相應的足底壓力分布譜圖;（e）下蹲過程中的足底壓力分布譜圖，分為三種情況：前傾、居中和后傾；（f）一個完整步態周期的足底壓力分布譜圖，從跟足觸地到前掌觸地過程
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202316314
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