引言
可穿戴柔性传感器是智能制造领域的一项关键技术，在健康监测、[1]、[2]运动追踪、[3]人机交互、[4]以及智能可穿戴技术[5]等领域有广泛的应用。其中，柔性压力传感器因其对压力的高灵敏度检测能力而受到许多研究人员的关注。[6]对于柔性压力传感器而言，宽线性范围、高灵敏度、快速响应时间和高可靠性是重要的特性。[7]为了提升这些特性，研究人员采用了多种策略：提高敏感层的电导率[8]、通过多模态结构融合优化制备工艺[9]，以及在敏感层中引入微纳结构[10]。这些方法在一定程度上提高了柔性压力传感器的传感性能。特别是阵列结构[11]、生物纳米结构[12]和多孔结构[13][14]等微结构，能够显著提升传感器灵敏度，因而受到研究者们的重点关注。然而，柔性传感器的广泛应用受到制备工艺复杂性和高成本等因素的限制。因此，迫切需要简单且低成本的制备技术来生产柔性传感器。
PDMS多孔海绵因其优异的机械性能、低成本、制备简便和高弹性而在柔性压力传感器研究中受到广泛关注。[15]目前常用的多孔结构制备方法包括糖盐模板法[16]、浸涂法[17]和发泡剂法[18]。例如，Qu等人[19]将氨基碳纳米管（A-CNTs）、中空玻璃珠（HGMs）和磷酸二氢铵（ADP）分散液浸渍到聚氨酯（PU）海绵骨架中，开发出具有超疏水性、阻燃性和3000次循环稳定性的柔性压阻传感器，用于运动检测和火灾报警系统。此外，这种多孔海绵结构也被广泛用作柔性压力传感器的敏感层，应用于人体和人机信号检测。值得注意的是，这些方法往往难以精确调控孔隙结构（如尺寸分布、形状和连通性），且多孔结构内部的应力分布不均会导致传感器的不稳定性。为了进一步提高传感器性能，研究人员通过将多孔结构与导电材料（如Mxene[20]、金属纳米线[21]、碳纳米管[22]、石墨烯[18]和还原氧化石墨烯[23]）结合来制备压力传感器。例如，Su等人[24]开发出一种具有高灵敏度和宽检测范围的超疏水性压阻传感器，在300次循环测试中表现出优异的重复性。Luo等人[25]使用氟化聚丙烯腈（FGA）作为导电填料和氯化钠作为孔隙形成剂，制备出具有高灵敏度、快速响应时间和1000次循环稳定性的柔性压阻传感器。Zhu等人[13]提出了一种基于石墨烯海绵的高灵敏度3D微结构触觉传感器，兼具优异的重复性和动态响应特性。然而，精确的孔隙结构设计和强导电网络集成仍然是实现高灵敏度、宽线性范围和长期稳定性的关键限制因素。对于具有多孔海绵结构的传感器而言，海绵的孔隙率和嵌入导电纳米材料的导电性是影响传感器性能的关键因素。
为了解决上述问题，本研究提出了一种混合+涂层协同策略，基于CNT-PDMS制备了CNT-PDMS海绵状柔性压力传感器。制备过程中使用不同粒径的白糖作为模板，并将掺碳纳米管的PDMS预聚物混合到模板中，以获得具有更高表面积的多孔结构。然后将复合材料浸入碳纳米管分散液中，并通过LIG电极进行整合，从而实现高灵敏度和宽测量范围的平衡。这种混合策略确保了CNT在PDMS基质内部形成基本的导电网络，解决了单层涂层导致的内部通路缺失问题；涂层策略将CNT附着在孔壁表面，显著降低了接触电阻，解决了单层混合导致的灵敏度不足问题。最终，通过这两种策略的结合，制备出了性能优异的压力传感器。在压缩过程中，CNT-PDMS海绵骨架的相互接触和变形导致外部CNT层形成微裂纹，使传感器具有高灵敏度（22.5 kPa⁻¹）和宽测量范围（0-110 kPa）。其可靠性通过10,000次重复测试得到验证。制备的CNT@CPS传感器可用于人体活动（包括手指弯曲、手指按压和肘部弯曲）的检测。此外，传感器采用3×3矩阵排列，实现了多点分布式检测，扩展了柔性压力传感器的应用潜力。
材料制备
多孔聚合物的制备：将等体积的白糖（通过光电显微镜测量长度为0.94毫米、宽度为0.69毫米）和白砂糖（通过光电显微镜测量长度和宽度均为0.25毫米）混合在容器中，然后进行超声处理以减少混合后的间隙。将PDMS预聚物、固化剂、己烷和碳纳米管按10:1:10:5的质量比加入烧杯中，用玻璃棒搅拌至混合物均匀。
CNT@CPS柔性传感器的制备与表征
如图1a所示，使用不同粒径的白糖作为模板制备了PDMS海绵。通过添加己烷稀释PDMS溶液，提高了PDMS在糖模板内的流动性。将CNT粉末混合到PDMS溶液中以增强PDMS海绵的电导率。然后将混合溶液倒入制备好的糖模板中，在烤箱中固化，并置于60°C的浴中完全溶解，从而得到CNT-PDMS海绵。
结论
总结来说，我们开发了一种具有宽线性范围、高灵敏度和可靠稳定性的CNT@CPS柔性压力传感器。通过采用不同粒度的糖作为模板，制备出了高弹性的PDMS海绵，并通过涂层和混合技术改善了其导电性能。设计的LIG电极与CNT@CPS结合使用，增强了传感器的稳定性和线性范围。材料测试实验表明
作者贡献声明
严卫国：撰写——审稿与编辑、方法学、数据分析。严建宇：方法学、资金获取。赵伟：实验研究、数据管理。任胜昌：撰写——初稿撰写、数据分析、概念构思。罗春丽：撰写——审稿与编辑、实验研究、数据分析。
利益冲突声明
本文为原创作品，由署名作者共同撰写，所有作者均了解其内容并同意提交。本文尚未在其他地方发表，也未被其他机构考虑发表。若存在利益冲突，必须明确冲突的具体性质；若被接受，未经出版商书面同意，本文不得以任何形式在其他地方发表。
严卫国于2013年在中国天津南开大学获得物理学博士学位，目前是天津城建大学理学院物理系的副教授。他的当前研究方向是设计和制造基于液态金属和石墨的可穿戴传感器，用于人体运动检测。
