近日，浙江大學生物醫學工程與儀器科學學院梁波研究員、葉學松教授團隊利用銅離子輔助電凝膠化技術制備了具有可控圖案化特性的三維多孔Ti3C2Tx MXene/PEDOT:PSS復合氣凝膠（MPCA）。該項研究工作以“3D MXene/PEDOT:PSS Composite Aerogel with Controllable Patterning Property for Highly Sensitive Wearable Physical Monitoring and Robotic Tactile Sensing”為題發表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。浙江大學博士研究生張珊珊，屠婷婷為論文共同作者，梁波研究員和葉學松教授為通訊作者。

通過用該方法制備的復合氣凝膠傳感器可以用于手指彎折、呼吸、吞咽、咀嚼、說話和肌力信號的可穿戴實時監測，以及機器人觸覺中的高分辨率傳感應用，使機械手像人類手指一樣精確感知盲文（圖1）。

圖1 Ti3C2Tx MXene/PEDOT:PSS復合氣凝膠用于可穿戴式物理監測和機器觸覺傳感

研究人員首先對MXene/PEDOT:PSS復合氣凝膠的制備原理進行了探究。MXene與PEDOT:PSS之間的多重相互作用使MPCA具有穩定的三維導電網絡，從而提高了MPCA的機械柔韌性和壓阻性能。并且通過控制電凝膠的參數和時間，可以在不同圖案化的導電基底上實現復合水凝膠/氣凝膠的高精度、高分辨圖案化修飾（圖2）。

圖2 MXene/PEDOT:PSS復合氣凝膠的電凝膠化原理和可控修飾

基于MPCA良好的導電性和機械柔性，通過該方法所制備的壓阻型壓力傳感器實現了較高的靈敏度（0-2kPa范圍內為26.65kPa?1）、快速響應能力（106ms）和良好的循環穩定性，可以用于手指彎折、呼吸、吞咽、咀嚼、說話和肌力信號的實時監測（圖3）。

圖3 基于復合氣凝膠的壓力傳感器對人體不同物理信號的實時監測

最后，利用電凝膠化制備方法的可控圖案化特性，在1cm x 1cm平面內成功制備了6 x 6的高分辨率的壓力傳感器微陣列，以用于人工觸覺界面。該陣列可以覆蓋在機器人指尖上，直接識別來自人類手指的觸覺刺激，并且通過繪制壓力分布圖可以直觀的顯示出手指觸碰時力的大小和位置，還可以使機械手像人類手指一樣實現對盲文字母的精確識別（圖4）。

圖4 基于復合氣凝膠的傳感器陣列用于機器觸覺傳感

該項研究所提出的基于電凝膠法制備的MXene/PEDOT:PSS復合氣凝膠具有顯著的綜合性能，特別是高靈敏度的傳感性能和可控的圖案化性能，為導電水凝膠/氣凝膠材料在可穿戴電子領域的微型化應用提供了新的方法。

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