背景介绍：随着技术的不断发展，可穿戴设备在日常生活中的应用越来越广泛。作为其核心部件，柔性传感器是连接人、机器和环境的关键，正逐渐成为一个研究热点。这些传感器可以将应变、压力、温度和湿度等物理量转换为易于分析的电子信号，例如电阻、电容、压电或摩擦电等信号。通过它们，可以监测特定活动（例如呼吸、关节运动等），从而为康复治疗和运动科学指导提供帮助。特别是压阻式传感器，由于其出色的传感能力、简单的制造工艺和快速响应，在人体行为活动监测中得到了广泛应用。然而，传统的基于金属或半导体的刚性传感材料在灵活性、舒适性和功能多样性方面仍存在许多限制。因此，开发适合柔性压力/应变传感器的复合材料对于人体行为监测具有重要的研究价值。

来自东北大学信息科学与工程学院的程同蕾教授团队在 IEEE Trans. Instrum. Meas.期刊发布了《基于双层MXene/TiO₂/TPU的多功能压力/应变传感器及其在手势识别中的应用》的最新研究成果。团队通过一步静电纺丝和原位浸渍工艺成功制备了双层 MXene/TiO₂/TPU（DMTPU）复合材料并构建高性能压力/应变传感器。这一成果为轻量化、舒适、可穿戴或形状自适应特性的传感器开发提供了新的方向，解决了单一传感材料和佩戴不舒适的问题。

通过一步电纺丝和原位浸渍工艺，在热塑性聚氨酯（TPU）纤维内外构建了MXene的双层导电网络，并引入TiO₂纳米颗粒以增强紫外线（UV）防护效果，成功制备了双层 MXene/TiO₂/TPU（DMTPU）复合材料。具体制备流程见图1。

通过引入 TiO₂纳米颗粒，DMTPU 膜展现出卓越的紫外线防护能力。在 365 nm 紫外线照射下，其透射率仅仅只有 0.0132% ，这一数据远优于传统的 TPU 膜以及 TiO₂@TPU 膜 。与此同时，该膜的水蒸气渗透率与纯 TPU 膜相近，达到 19.8%（纯 TPU 膜为 23.9%）。此外，DMTPU纳米纤维膜可以弯曲、拉伸和扭转，且在拉伸至10厘米时仍未断裂。这就确保了在实际使用过程中，传感器能够保持良好的佩戴舒适性 。参见图2、3。

使用这种双层MXene/TiO₂/TPU（DMTPU）复合材料，组装的DMTPU传感器展现出了卓越的压力/应变传感性能。压力传感器在0 - 345 kPa的宽检测范围内，灵敏度高达10.8 kPa⁻¹，响应速度仅0.33秒，且经过3500次循环后仍能保持稳定。参见图4、5。

应变传感器可拉伸至97.5%，具有最大应变因子（GF）7269.18，并在1100多次拉伸/释放循环后保持出色的传感性能和稳定性，见图6。

基于上述优异特性，DMTPU传感器可用于监测人体运动引起的压力和应变变形，在智能可穿戴设备领域展现出广阔的应用前景。通过结合机器学习算法，该传感器能高效识别不同的手势信息，准确率高达98.75%，对于特殊人群的无障碍交流和手语翻译具有重要意义。参见图7、8。

在本论文中，静电纺丝技术展现了多维度优势，为高性能传感器的制备提供了关键支撑，该技术可精准控制 TPU 纤维的直径与孔隙率，形成高比表面积的多孔网络，不仅增强材料透气性，还为 MXene 和 TiO₂的均匀分散提供载体，构建内外双层导电网络奠定基础。在柔性复合材料的开发中，静电纺丝技术愈受欢迎。微迈自主研发的MN60电纺设备，搭载多针智能下纺系统，支持多样化制备环境，支持多样化新型材料的研发制备，并可一键快速放大工艺配方，验证材料市场，是科研人员开展精准高效实验和转化的不二之选。

文献来源：DOI 10.1109/TIM.2025.3561435