人工智能微纳传感山西省重点实验室在国际期刊《传感器与执行器B：化学》（Sensors and Actuators B: Chemical）发表题为“基于Ti3C2Tx MXene的多功能集成柔性传感器：同时实现湿度与压力信号检测”（Ti3C2Tx MXene-based multifunctional wearable integrated sensor for simultaneous detection of humidity and pressure stimuli）的研究论文。近年来，可穿戴电子传感器在健康监测、人机交互以及柔性机器人等领域展现了巨大潜力，但仍存在缺乏多功能检测、集成困难、生产复杂度高等瓶颈。MXene是一类新兴的二维过渡金属碳化物和氮化物材料，具有独特的层状结构。MXene材料层间丰富的官能团赋予其良好的水分吸附性能，进而在湿度传感方面展现出出色的响应性。此外，其较大的比表面积和优异的电导性能，使得MXene在压力传感、柔性电子器件和智能可穿戴技术领域表现出广泛的应用前景，成为当前研究的热点材料之一。然而当前MXene基传感器大多为单一功能，难以满足实际应用对多功能一体化传感器的迫切需求。
针对上述挑战，该研究提出一种仅以Ti3C2Tx MXene单一材料制备的集成压力-湿度传感器。研究团队通过在聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜表面构建微凸结构，并涂覆Ti3C2Tx MXene，构建了高性能的压力传感单元；随后在传感器两侧插指电极直接涂覆Ti3C2Tx MXene溶液，构建湿度传感单元。该传感器在8~125 kPa压力范围内表现出1878.05 kPa⁻¹的高灵敏度，响应时间为105 ms，恢复时间为82 ms；在湿度检测方面，响应范围为11.5%~98.1% RH，灵敏度达0.67%/(%RH)，响应与恢复时间分别为3.46 s和1.50 s。该集成传感器具有无信号串扰、高灵敏度和快速响应的显著优势。该集成传感器成功应用于人体生理信息监测，例如呼吸模式识别、皮肤汗液检测以及关节运动监测等实际场景。在实际测试中，传感器能够准确地捕捉人体在不同运动状态下的脉搏频率、关节弯曲角度及出汗情况，展现出在健康监测与智能人机交互领域广阔的应用前景。
课题组硕士生王开为本工作第一作者，马佳楠副教授、王玲教授以及桑胜波教授为通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、山西省自然科学基金、中国博士后科学基金和山西省研究生科研创新项目的大力支持。