可实时检测人体参数的柔性机械传感器在软机器人、人体活动监测和健康诊断等诸多领域得到了广泛的应用。高灵敏度和持久稳定的信号输出是应变传感器的两个关键因素。近年来，MXene基材料因其高导电性和传感性能而备受关注，但MXene基复合材料固有的抗氧化性能差和结合力弱一直阻碍着信号的稳定性。在此，研究者提出了一种简单的策略，通过原位聚合制备具有良好抗氧化性的聚多巴胺改性MXene纳米片（PMXene），然后将其均匀地负载在热塑性聚氨酯-碳纳米管（TPU-CNT）纳米纤维上。由于PMXene、CNT和掺杂Ni离子之间的粘附和相互作用，在所制备的柔性传感器中实现了有效的1D/2D双导电网络。该传感器具有9.25的高灵敏度、100%应变下的可调检测范围以及900次循环期间的可靠信号输出能力。此外，粘性多巴胺层能够有效隔离氧气并确保设备的稳定性。值得注意的是，该传感器可用于识别各种人体关节运动并检测吞咽和发声等生理信号，这表明该应变传感器在可穿戴电子设备中具有巨大的应用潜力。
图1.基于TPU-CNT-PMXene/Ni纳米纤维膜的应变传感器示意图。
图2.PMXene的表征和反应机理分析。（a-b）剥离的MXene纳米片和PMXene水悬浮液的TEM图像和廷德尔现象。（c）Ti3AlC2、MXene和PMXene的XRD图谱。（d）MXene和PMXene的拉曼光谱表征。（e-f）原始MXene和PMXene的XPS分析。
图3.（a-c）电纺纯TPU、TPU-CNT和TPU-CNT-PMXene/Ni纳米纤维的FESEM图像，以及相应的尺寸分布，（d）CNTs负载纳米纤维在不同超声时间下的方形电阻，（e）TPU-CNT纳米纤维、TPU-CNT-PMXene/Ni纳米纤维和TPU-CNT-PMXene/Ni纳米纤维在自然条件下放置10天的方形电阻。（f）MXene样品和PMXene样品在不同时间下的抗氧化性研究，（g）TPU-CNT-PMXene/Ni纳米纤维膜的EDS映射和元素含量，（h）两种样品的TG曲线，（i）纳米纤维膜的压缩应力-应变曲线。
图4.纳米纤维基应变传感器的应用特性。（a）一系列照片显示了传感器的厚度、柔性和重量参数，（b）纳米纤维膜的透气性测试，（c）蓝色方块区域表示水静态接触角，（d）不同纳米纤维膜的MMT。
图5.用于测试传感性能的变形诱导电阻信号。（a）TPU-CNT和TPU-CNT-PMXene/Ni纳米纤维膜的应变响应，（b）波信号的灵敏度曲线和放大曲线，（c）不同应变下的电压-电流曲线，（d）重复不同应变的电阻响应。（e）20%ε下的电阻变化（ΔR/R0）-应变关系，（f）传感器机构的原理示意图，（g）传感器处于弯曲状态下的电阻，（h）显示灵敏度的压力-电阻曲线，（i）加载-卸载压力循环。
图6.收集的物理和细微生理信号：（a）由不同角度手指点击引起传感器的弯曲传感输出，（b-c）手腕和肘关节的伸展运动，（d）膝盖动作的电阻信号，（e）相同频率下志愿者的步行记录，（f）将传感器缠绕在脚踝上。
图7.（a-b）显示吞咽和饮水不同喉部运动的电特性变化曲线，（c）实时监测喉咙吞咽和说话时的电特性。（d-f）咬肌咀嚼、颈部运动以及不同情绪面部表情的电阻信号。
图8.将不同材料附着在志愿者前臂上以进行皮肤刺激试验的光学图像：左前臂上的TPU薄膜、WPU薄膜和PDMS薄膜，右前臂上的TPU纳米纤维膜、TPU-CNT纳米纤维膜和TPU-CNT-PMXene/Ni纳米纤维膜。
