水凝膠基觸覺傳感器因具備柔軟性與生物相容性，被視為人機交互界面（HMI）的理想候選者。傳統(tǒng)傳感器采用“電極/水凝膠/電極”三明治結(jié)構(gòu)，依賴界面雙電層（EDL）電荷積累實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。然而，其致密結(jié)構(gòu)限制了整體可變形能力，導致靈敏度與檢測范圍難以兼顧。現(xiàn)有技術(shù)多聚焦于增大外力作用下的接觸面積變化，卻忽視了界面特性與離子傳輸動力學的關(guān)鍵作用。
南京工業(yè)大學黃維院士、孫庚志教授團隊開發(fā)了一種MXene（Ti?C?T?）輔助的梯度多孔聚丙烯酰胺/殼聚糖水凝膠（PCMF）。該材料通過相變誘導發(fā)泡機制實現(xiàn)孔隙梯度分布與軟硬度可調(diào)，MXene不僅加速凝膠化（11分鐘內(nèi)完成）、穩(wěn)定氣泡結(jié)構(gòu)，還精準調(diào)控離子傳輸及界面電荷積累/耗散行為。基于此，PCMF觸覺傳感器靈敏度高達4267 kPa?1，檢測范圍達100 kPa，較傳統(tǒng)水凝膠提升12倍。團隊進一步將其應用于機器人拭子采樣與迷宮賽車手勢控制，驗證了其在遠程醫(yī)療與智能交互場景的潛力。相關(guān)論文以“MXene-Assisted Rapid Gelation and Foaming of Gradient Hydrogel as Human-Machine Interfaces with Regulated Charge Accumulation/Dissipation and Enhanced Tactile Sensing Capability”為題，發(fā)表在Advanced Materials上，論文第一作者為 Hui Zengyu。
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