近年來，基于高靈敏度、低成本的可穿戴壓力傳感器引起了人們的廣泛關(guān)注。現(xiàn)有的壓力傳感器通常分為四類，晶體管式、壓電式、電容式、壓阻式，其中晶體管式需要復(fù)雜的器件組裝過程，壓電式的檢測(cè)范圍相對(duì)較窄且靈敏度較低，電容式壓力傳感器易受電容耦合的干擾。而壓阻式傳感器器件組裝過程簡(jiǎn)易、靈敏度高且無遲滯效應(yīng)，因此可穿戴器件有著很大的實(shí)際應(yīng)用潛力。典型的壓阻式壓力傳感器通常是由具有微結(jié)構(gòu)的彈性聚合物基底和導(dǎo)電層構(gòu)成。雖然這種壓阻式壓力傳感器可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度、快速響應(yīng)等性能，但帶有微結(jié)構(gòu)的聚合物基底通常需要印模、轉(zhuǎn)印、刻蝕等復(fù)雜的制備過程。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)高靈敏度，多種納米材料被用作導(dǎo)電層，如碳納米管、石墨烯、金屬納米線等，這些材料制備過程比較復(fù)雜、成本較高，加之潛在的未明確的毒性等問題，從而使得相關(guān)的可穿戴器件離實(shí)用化還有較大距離。發(fā)展環(huán)境友好的、制備過程簡(jiǎn)單的壓力傳感器對(duì)可穿戴設(shè)備的發(fā)展與實(shí)用化具有重要的價(jià)值和意義。

 蠶絲是一種天然的生物材料，具有來源廣泛、環(huán)境友好、可加工性強(qiáng)、生物兼容性好等特點(diǎn)，因此，在可穿戴器件中具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。近日，清華大學(xué)張瑩瑩課題組（第一作者為博士研究生王琪）以蠶絲作為原材料，通過靜電紡絲與高溫碳化技術(shù)相結(jié)合，得到了透明的導(dǎo)電碳化納米纖維膜，基于此，制備了具有高靈敏度（34.47 kPa−1）、高透明度（90.75%）、低檢測(cè)極限（0.8 Pa）、快速響應(yīng)時(shí)間（<16.7 ms）、可陣列化集成的壓力傳感器。該研究利用成熟的靜電紡絲技術(shù)，先得到大面積均勻的蠶絲納米纖維膜，然后通過高溫處理使其轉(zhuǎn)化為具有高導(dǎo)電性的具有石墨化微晶的碳納米纖維膜，從而作為壓力傳感器的導(dǎo)電功能層。該方法的優(yōu)勢(shì)在于：1）以我國(guó)產(chǎn)量豐富的桑蠶絲作為原材料，原料來源廣泛、人體友好、成本低廉； 2）通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)條件，可以方便地對(duì)納米纖維膜的宏觀性能，如電導(dǎo)率、透明度、厚度等進(jìn)行調(diào)控；3）該超薄柔性傳感器具有很高的靈敏度，且可與皮膚緊密貼合，從而對(duì)微小的生理信號(hào)可實(shí)時(shí)的、高保真性的檢測(cè)和輸出；4）該傳感器可大面積制備，也可集成為傳感器陣列，用于壓力分布的檢測(cè)。綜上，這項(xiàng)研究發(fā)展了一種制備方法簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、成本低廉、適宜大規(guī)模生產(chǎn)的柔性力學(xué)傳感器的制備途徑，該傳感器可貼附于人體皮膚或集成在可穿戴設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體生理信號(hào)（如心率、脈搏、發(fā)聲等）的實(shí)時(shí)檢測(cè)，在健康監(jiān)測(cè)、觸覺重建和人機(jī)交互等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。