水凝膠基觸覺(jué)傳感器因具備柔軟性與生物相容性,被視為人機(jī)交互界面(HMI)的理想候選者。傳統(tǒng)傳感器采用“電極/水凝膠/電極”三明治結(jié)構(gòu),依賴界面雙電層(EDL)電荷積累實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換。然而,其致密結(jié)構(gòu)限制了整體可變形能力,導(dǎo)致靈敏度與檢測(cè)范圍難以兼顧。現(xiàn)有技術(shù)多聚焦于增大外力作用下的接觸面積變化,卻忽視了界面特性與離子傳輸動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵作用。
南京工業(yè)大學(xué)黃維院士、孫庚志教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種MXene(Ti?C?T?)輔助的梯度多孔聚丙烯酰胺/殼聚糖水凝膠(PCMF)。該材料通過(guò)相變誘導(dǎo)發(fā)泡機(jī)制實(shí)現(xiàn)孔隙梯度分布與軟硬度可調(diào),MXene不僅加速凝膠化(11分鐘內(nèi)完成)、穩(wěn)定氣泡結(jié)構(gòu),還精準(zhǔn)調(diào)控離子傳輸及界面電荷積累/耗散行為。基于此,PCMF觸覺(jué)傳感器靈敏度高達(dá)4267 kPa?1,檢測(cè)范圍達(dá)100 kPa,較傳統(tǒng)水凝膠提升12倍。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將其應(yīng)用于機(jī)器人拭子采樣與迷宮賽車手勢(shì)控制,驗(yàn)證了其在遠(yuǎn)程醫(yī)療與智能交互場(chǎng)景的潛力。相關(guān)論文以“MXene-Assisted Rapid Gelation and Foaming of Gradient Hydrogel as Human-Machine Interfaces with Regulated Charge Accumulation/Dissipation and Enhanced Tactile Sensing Capability”為題,發(fā)表在Advanced Materials上,論文第一作者為 Hui Zengyu。
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