我室薛晨阳/厦门大学高立波团队展示了一个十分有前景的思路，利用二维材料作为添加剂采用丝网印刷技术实现柔性薄膜离电式压力传感器制备，用于大规模柔性压力传感器的生产。作者在离子敏感材料中引入二维六方氮化硼（h-BN）作为添加剂，成功实现了柔性离电式压力传感器的首次丝网印刷制备，具有更高的灵敏度和更广泛的测量范围。集成式的传感器阵列系统测试表现出了其在医疗系统中可以准确检测手腕压力的潜力。文章研究成果为柔性离子压力传感器（FIPS）的大规模生产提供了新的解决方案和思路，对于2D材料研究和其他类型传感器系统发展都具有重要启示。
本文亮点
1、2D 材料h-BN作为添加剂可以实现新型丝网印刷方式，用于柔性压力传感器（FIPS）的生产；
2、柔性压力传感器中使用 h-BN，可以有效提高传感器的检测性能；
3、手腕压力可以被集成式的柔性压力传感器系统准确检测；
4、2D 材料研究为柔性压力传感器的生产带来新的方法和意义。
研究背景
文章探讨了柔性离电式压力传感器的领域，与传统的电容传感器相比，柔性离电式压力传感器在灵敏度和感测范围方面表现出优异的性能。然而，柔性离电式压力传感器的大规模生产仍然是一个难题，主要是由于电极和离子层的纳米结构所涉及的复杂制造工艺。为了应对这一难题，作者提出了一种新颖的方法，利用丝网印刷技术与六方氮化硼（h-BN）参杂技术结合。在这种方法中，h-BN起着双重作用，既作为添加剂，又作为离子储存器。通过将h-BN作为添加剂制备敏感层浆料，从而实现丝网印刷，作者成功地实现了可印刷传感器的制造，同时增强了其灵敏度并且拓展了其检测范围。这一进展展示了利用2D材料（如h-BN）在压力传感器和其他各种传感器类型开发中的潜力。柔性压力传感器的应用跨越广泛的领域，包括医疗保健监测、机器人电子皮肤和可穿戴电子设备。这些传感器在这些领域中提供了实时压力感测的实用解决方案，从而实现了精确可靠的测量。此外，在作者的工作中一体式丝网印刷技术进一步突显了制造集成传感器装置的可行性和可扩展性。文章为未来对2D材料及其集成到柔性离电式压力传感器中的研究奠定了基础。进一步探索h-BN在丝网印刷柔性离电式压力传感器中的独特性能和性能优化具有推进传感器技术领域的巨大潜力。文章所获得的知识有助于开发低成本高效益、性能卓越的压力传感器，为这一领域的研究和创新开辟了新的道路。
与电容式传感器相比，柔性离电式压力传感器具有更高的灵敏度和更宽的测量范围。然而，大规模制造柔性传感器阵列却面临着巨大的挑战。通过在离子层界面引入微结构可以显著提高传感器的灵敏度。丝网印刷是制备大规模柔性电子设备的主要工业方法，但目前还缺乏使用丝网印刷来制造柔性压力传感器的研究。通过将六方氮化硼 (h-BN)作为添加剂，可以在柔性衬底上丝网印刷出微结构的离子薄膜和电极，从而制造出具有高灵敏度、宽检测范围和重复性久的柔性压力传感器(400 kPa下能进行5000多次稳定运行，信号没有退化)。所制造的柔性压力传感器阵列实现了智能鼠标垫的功能，展示了在离子材料中加入 h-BN 作为添加剂，丝网印刷制造 FIPSs 具有优异性能的可能性。
文章讨论了一种利用丝网印刷技术制造可大规模生产的柔性离子电压力传感器 (FIPSs) 的新方法。这些 FIPSs 具有比传统电容式传感器更高的灵敏度和更宽的测量范围，因此非常适合在医疗监测、机器人电子皮肤和可穿戴电子设备等领域应用。采用六方氮化硼 (h-BN) 作为添加剂和离子吸附层在离子薄膜中显著提高了通过丝网印刷技术制备 FIPSs 的灵敏度和测量范围。此外，这种方法还可以在柔性衬底上制造微结构离子薄膜和电极，展示了离子传感器实际应用的潜力。经过工程设计的传感器表现出高灵敏度（Smin> 261.4 kPa-1）和广泛的测量范围 (0.05–450 kPa)，并能够在高压下(400 kPa)稳定运行5000次以上。此外，集成的传感器阵列采集系统可以准确地监测手腕压力，展示了其在医疗保健系统和可穿戴电子设备中的潜力。总体而言，文章探讨了在离子材料中使用 h-BN 作为添加剂来制造丝网印刷 FIPSs 的潜力，为未来关于2D材料和各种类型传感器的研究提供了令人兴奋的新方向。
图文导读
图1（文内图1a）器件的设计与实现，Fips的示意图。
作者研究了一种柔性压力传感装置，其示意图如图所示。装置采用银作为电极，经丝网印刷技术印刷到柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）衬底上，而热塑性聚醚聚氨酯（TPU）-离子液体（ILD）-氮化硼（h-BN）作为离子膜。经过粘合层和热压工艺，将这种三明治结构组装成离子电子压力传感器装置。这种装置的创新点在于采用丝网印刷方法制造传感器，从而大大降低了制造难度和成本。而且，在印刷过程中，可以在离子膜上形成微图案结构，而无需使用传统的模板方法。这种创新的制造方式可以为引入电子设备到更为广泛的应用环境提供可能，并提高设备的性能和可靠性。
图2（文内图2c-f） 离子层的扫描电镜图片。
图片中展示了作者成功地利用了丝网印刷技术制备了离子敏感层，并成功制备出一种微柱结构。这种微柱结构是在印刷敏感层浆料时通过筛网上的小孔时形成的，由于浆料的黏度较大，不容易流动，因此产生了一个独特的微结构。这种微柱结构被证明能够显著提高传感器的灵敏度和精确度。事实上，微柱结构表面的粗糙度能够更好地适应所测量物体的形状和表面条件，从而更准确地反映其真实的变化情况。这就意味着，在实际应用中，传感器可以更加迅速、准确地检测所测量物体的各种参数，如形状、大小、质量等等。这种离子层材料所制备的微柱结构，将为未来的传感器技术带来新的进展。它的独特性使得它在许多领域都具有广泛的应用前景，包括但不限于医学和健康监测、机器人技术、非接触式传感器以及先进的汽车安全系统等。尽管还需要更多的研究和实验以验证其可行性，但这项技术已经展示出了巨大的科学和工程潜力。
图3（文内图4d-f）各种应用测试的2D和3D图。
作者的测试结果表明，利用手指、签字笔以及质量分布较为均匀的实物对传感器进行测试时，可以清晰地看到传感器系统所生成的2维平面映射以及三维空间映射图像。这些图像不仅能够高度准确地识别出压力点的位置，而且还能对压力大小进行一定程度上的量化。这极大地展示了通过丝网印刷大批量制作的柔性压力传感器阵列在日常生活中广泛应用的潜力。这种柔性压力传感器阵列是一项非常先进的技术，它采用了柔性材料和微电子机械系统技术相结合的新方法。传感器阵列本身具有良好的可塑性和适应性，可应用于许多领域，如运动监测、鞋类设计、医学和健康检测等。
作者及实验室简介
第一作者：
杨泽昆，中北大学仪器科学与动态测量教育部重点实验室。主要研究方向为柔性传感器、人体生理信号监测。
通讯作者：
高立波，厦门大学机电工程系。主要研究领域为微纳传感器件、柔性传感、智能医疗仪器。
薛晨阳，中北大学仪器科学与动态测量教育部重点实验室。主要研究领域为新型微米纳米器件（MEMS/NEMS）、微纳测试技术、固体光谱学与微光学气体传感器。
实验室简介：
仪器科学与动态测试重点实验室是中国教育部支持下于2002年成立的一个杰出的学术机构，专注于推进仪器科学和动态测试领域的研究。其主要关注点是满足国家级工程项目、重要武器装备和民用仪器设备的发展需求。作为一个国家级重点实验室，该实验室拥有一支杰出的科学家和研究人员队伍，具有广泛的仪器科学、动态测试和相关学科的专门知识。实验室主要致力于研究极端条件下动态测试面临的基础科学难题，并开展先进仪器设备的研发工作。为促进仪器科学和动态测试的进步，实验室积极与国内外合作伙伴进行合作交流和合作研究。这些合作关系使得创新科学方法和技术方法的探索成为可能，从而提高了仪器设备的性能和可靠性。该实验室的研究成果在国内和国际范围内对学术界和工业界做出了重大贡献。通过为国家重大工程项目提供科学支持和技术保障，实验室在推动工业发展和国防建设中发挥着重要作用。通过对持续创新和研究的坚定承诺，该实验室始终处于仪器科学和动态测试领域的前沿。他们的持续努力致力于推进这些领域并为技术进步和国家发展做出重大贡献。
