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本综述聚焦于一种创新型全柔性压力传感器的设计与表征，该传感器采用低硬度聚二甲基硅氧烷（PDMS）与单壁碳纳米管（SWCNT）纳米复合材料作为敏感核心，并以液态共晶镓铟合金（EGaIn）作为侧向放置的柔性电极。研究通过逐步模塑工艺成功制备了传感器原型，并系统评估了不同填料浓度（0.15-0.5 wt.%）及超声分散方式（水浴超声与探头超声）对复合材料电学、力学及压阻性能的影响。结果表明，侧向电极构型有效增强了传感器响应的单调性和线性范围（工作应力0-210 kPa，最高灵敏度达0.0105 (Ω/Ω)/kPa），同时实现了高达43%的可恢复压缩应变。该传感器具备结构简单、成本低廉、易于与PDMS基软体技术集成等优势，虽响应带宽有限，但在压力变化检测领域展现出应用潜力。
引言
软体技术作为快速发展的研究领域，旨在开发具有分布式可变形性和柔性接口的新型机电一体化平台。基于低刚度、大变形材料的执行器、传感器和能量存储单元，因其对工作环境的高顺应性及与物体交互时固有的机械安全性，成为可穿戴或近身体设备的优秀候选者。设计软系统的一个挑战在于内部系统集成，理想情况下，设备的所有组件无论功能如何都应具有相似的柔软度，但传统设计中通常使用的材料刚度往往相差数个数量级。开发具有适当机械和电学性能的新型功能材料至关重要。基于含有智能碳纳米材料（如石墨烯，特别是碳纳米管CNTs）的聚合物纳米复合材料，除了材料性能的可调性外，还提供了出色的机械和电学性能。本研究描述了用于压力检测的全柔性混合压阻（PZR）传感器的设计与表征。
SWCNT/PDMS纳米复合材料的合成与表征
为制备所有SWCNT/PDMS纳米复合材料样品，采用Ecoflex 00-30作为PDMS基体，单壁碳纳米管（平均直径<2 nm，平均长度<10 μm）作为填料。初步样品制备比较了两种混合技术：低功率水浴超声与高功率探头超声。填料百分比变化如下：0.15 wt.%（探头超声为0.17 wt.%）、0.20、0.40和0.50 wt.%。通过评估所有样品的形态、机械和压阻性能，选择填料分数和超声类型的最佳组合。电阻率测量在每种成分的五条样品条上进行。机电测试使用动态机械分析系统（DMA Q800）进行，配备特制的压缩夹具。在夹具和样品之间放置电极（纯银圆盘，直径10 mm，厚度0.5 mm），与样品电学和机械串联。施加外部9 V电势，测量样品两端的电压降，并通过已知恒定值的串联分流电阻探测电流。因此，可以计算外部负载施加期间发生的电阻变化。
加工路线对复合材料特性的影响
通过评估电学行为，可以了解加工对材料行为的影响。利用渗流路径概念和相应的复合材料电导率显式模型，外推了σ0（取决于填料电导率的常数）、fC（渗流阈值）和t（临界指数）的值。数据显示，与水浴超声情况相比，使用探头超声仪进行更高功率的超声处理会增加所有参数。此外，图1还显示，与水浴超声制备的样品相比，使用探头超声仪制备的样品变异性较小，尤其是在低浓度下。在机械性能方面，应力-应变特性上的点是通过对每个负载值加载后3至5分钟之间的应变值进行平均获得的。如图2所示，在低应力下，复合材料比在高负载下更容易变形，这表明了硬化行为。查看最大施加应力（140 kPa），水浴超声制备样品的相应应变范围从64.1%（纯Ecoflex）到53.5%（0.50 wt.%）。对于探头超声制备的样品，范围从64.1%到45.9%，这意味着对于相似浓度，更高功率的超声处理产生更硬的纳米复合材料。
压阻响应的评估与解释
未受压电阻的数量级反映了填料分数，较低的值对应于较高的CNT含量。为了描述加载的效果，图3展示了机电表征的两个示例性结果。为简洁起见，仅展示了样品B015和B04的响应，它们表现出相反的行为。该图显示了应力（自变量）的时间过程，以及每个样品的应变和相应的电阻。描绘的时间间隔包括样品对第一次和第二次加载序列的响应。为了引导视线，我们在电阻轨迹中插入了两条虚线，对应于在最低施加压力（3 kPa）下测得的电阻平均值。这立即揭示了两个样品之间的显著差异。虽然B04的电阻在施加压力时总是减小，但在B015中，它在两个最低压力水平下减小，而在更高压力下，相对于低负载电阻显著增加。电阻信号的变化是平滑的。压缩释放时的电阻返回值取决于两个因素：下一次压缩前允许粘弹性恢复的时间，以及所施加的压缩量。
从曲线分析来看，当允许恢复3分钟时，电阻基线值平均在8%以内恢复。对于更短的等待时间（例如第一次序列中的1分钟），恢复效果较差。在第一次测试序列中，目标压缩直接一步施加。这对应于微观结构上施加的变形，包括渗流路径和相应的应变能。当压缩步长足够大时，基线电阻的恢复利用应变能，粘性损耗的相对影响很小。反之，看前三个步骤，压缩能量可能与损耗相比可能太小，因此在卸荷时基线电阻的达到效果较差。关于加载速率，以较慢速率测得的电阻仅略低于较高速率下的电阻。为了更详细地评估压力施加如何影响电阻变化，可以在图4A中查看从图3第一次测试序列中提取的单个循环响应的特写视图。第一个关注区域涉及压力移除的时刻（偏移），第二个涉及压力施加的时刻（起始）。B04的行为密切代表了填料分数高于0.2 wt.%的样品（未显示的B02和B05）的响应，而B015的响应似乎有些不同。表4总结了主要观察结果。
使用高功率探头超声制备的样品测得的响应具有相似的特征，其分析得出相似的结论。水浴和探头超声样品之间的主要差异（图4B）在于渗流路径的稳定性水平，特别是在起始阶段，这可归因于分散程度（见讨论第2.6节）。这种效应在较低浓度的样品中更为明显。通常，电阻跟随应变演变而不是应力，这可能是由于基体的粘弹性行为的影响。信号上升时间因此取决于应变的建立，但达到稳定值最终更强烈地取决于基体松弛的持续时间。通常，稳定时间代表了这类材料的应用限制。计算了所有样品达到5%容差范围所需的稳定时间，并报告在表5中。总体行为可以通过考虑样品的粘弹性和渗流理论来描述。电阻的突然和立即减小（或增加）是基质快速压缩（或膨胀）使填料颗粒更近（或更远）的结果，从而产生（或破坏）导电路径。效应似乎是由于在边缘处的横向凸出或收缩而发生的，这会瞬态影响路径演变。这些贡献延迟较小且更明显，尤其是在样品刚度较低时。持续的恒定应力有利于渐近过渡到稳定的渗流条件，通常趋向于形成导电路径，电阻减小。
查看图3中表示的测量的第二个序列，可以评估当压力步长逐渐施加时样品的行为。趋势与第一次测试序列中显示的一致。然而，可以注意到，在第二次序列中，相应目标负载的电阻值略低于第一次序列中的值。这种变化与负载通过较小的压缩步长达到这一事实一致，这对应于较小的应变能。在一个循环的加载和卸载分支之间观察到应变和电阻曲线的滞后。原则上，起源可归因于改性Ecoflex 00-30的粘弹性。以B015为例，通过将电阻作为应变的函数而不是应力的函数绘制，可以观察到滞后面积减小，但仍然存在（图5），这表明粘弹性可能不是这种现象的唯一原因，但也可能是纳米复合材料内部旧的渗流路径重新分布而不恢复的结果，这些路径在卸载后没有重新连接。
评估所有样品的压阻行为与施加压力的关系，并报告在图6中。为了突出这些样品行为的可变性和重复性如何影响它们的响应，插入了代表两个标准差不确定性的误差条。为了计算这些可变性的平均值和幅度，在同一样品上重复了三次测量。由于压缩幅度的影响是方差的一个主要来源，通过收集第一次和第二次测量序列的数据将它们包括在误差条中。该图显示所有样品的行为是非单调的。实际上，电阻在低压范围内减小，并在负载较大的地方增加，其中响应是线性的。进行线性拟合以提取压阻增益，这些增益也总结在表5中。总体而言，当初始有效路径较少（低填料分数）时，负载在改变电阻方面更为有效，并且绝对增益很高，而当达到渗流曲线平台时，它们变得小得多。具有较低CNT分数的样品倾向于显示更宽的压力范围，其中特性是线性的。这发生在中高应力下，而朝向较低应力时，行为偏离线性，并且随着填料浓度的增加，线性行为的压力范围减小。增益值的序列在水浴和探头超声系列中不同，因为渗流阈值
