基于银纳米线的柔性电容压力传感器的最新进展:从结构、制造到新兴应用（RecentAdvancesinSilverNanowireBasedFlexibleCapacitivePressureSensors:FromStructure,FabricationtoEmergingApplications）DOI:10.1002/admi.202200866摘要可安装在皮肤上的柔性压力传感器对于下一代技术至关重要。

电容式压力传感器有几个优点，因此，它们优于压电和压阻替代品。

柔性电极和介电材料是电容式柔性压力传感器的基本组成部分。

因此，可溶液加工的银纳米线(AgNWs)由于其优异的固有导电性和柔韧性而非常有希望作为电极材料或介电层中的填充材料。

本文综述了以AgNWs为电极和介质材料制作柔性电容式压力传感器的最新进展。

全面讨论了基于AgNWs的传感器的性能，详细介绍了新兴的应用和未来展望。

趣之化学，赞801.前言在过去的十年中，由于柔性压力传感器在电子皮肤、[1]人机交互、[2]人体运动检测、[3]医疗保健监控[4，5]和软机器人中有着广泛的用途，因此人们对其进行了大量的研究[6]。

根据工作机理，压力传感器可分为压电式、压阻式和电容式传感器[7，8]。

其中，电容式传感器具有精度更高、功耗更低、对温度和湿度等外部条件依赖性更小的优势[9，10]。

另一方面，低功率有机场效应晶体管(OFET)压力传感器在未来的应用中非常有前途，如人造皮肤和软生物电子学[11–13]。

预计到202年，电容式压力传感器市场将达到40亿美元，并已在各种行业中得到应用[14]。

然而，柔性电容式压力传感器进入市场仍处于起步阶段。

传统的电容传感器由两个平行的平板电极组成，中间夹着一个电介质夹层。

导电电极和介质层是柔性压力传感器的核心元件[9，10]。

电极应该是柔性的和可弯曲的；然而，传统的无机膜不能满足这些要求[15]。

因此，文献中考虑了可溶液加工的纳米材料，包括碳纳米管、[16，17]石墨烯、[18，19]Mxenes[20，21]和银纳米线(AgNWs)[22，23]。

由于其高的固有导电性、优异的柔韧性和抗氧化性，AgNWs与其他纳米材料相比具有多种独特的优势。

因此，已在科学文献中证明了几种AgNWs基电极的制造方法[23–27]，尽管AgNWs基电极的商业渗透性仍受到限制，但由于AgNWss是用于制造柔性传感器的最常用和最有前途的导电纳米材料之一，所以理解用于合成它们的各种策略如何影响AgNWss的性质是重要的。

AgNWs的突出特性包括高透光率、高柔韧性以及高导电性和导热性[28，29]。

除了用于传感器，它们还可用于许多其他应用，如透明导电电极[30，31]，薄膜加热器[32]，有机光伏器件[33–35]，聚合物复合材料[36]，光催化[37]，微电子学[38]，和生物传感器[39]。

在典型的工艺中，AgNWss沉积在柔性衬底上以制造电极，并且柔性电介质层夹在电极之间以构造传感器，如图1所示。

施加的压力导致介电层的厚度减小，这又导致整个系统的电容变化。

除了厚度的变化，介电常数随压力的变化也可以引起系统电容的变化。

因此，不同的研究小组提出了具有受控数量的AgNWs的介电层，以提高灵敏度和响应范围[40,41]。

这篇文献综述的目的是总结如何生产基于AgNWs的电极和电介质层，以及如何将这些结构集成到制造压力传感器中。

此外，我们确定了此类设备的传感器属性，并强调了新兴应用。

最后，我们讨论了这项技术的前景。

2.柔性电容式压力传感器2.1.电容感测原理2.2.电极基板材料2.3.电极形成2.4.介质材料2.5.传感器的性能图1电容式压力传感器工作机理示意图。

表1AgNWs基电极制备的传感器性能图2a）AgNWs生长机制的示意图。

b)用多元醇方法合成的AgNWss的TEM图像和电子衍射图。

c)用多元醇方法合成的AgNWss的SEM图像。

d)用多元醇方法合成的AgNWss的X射线衍射图。

3.银纳米线的合成方法3.1.多元醇法3.2.溶剂热法3.3.水热法图3a)AgNWs嵌入聚氨酯电极的SEM图像。

b)带有AgNWs/聚氨酯电极的最终柔性传感器。

c)通过将AgNWss转移到PDMS衬底的示意性电极制造过程。

d)AgNWs/透明木质电极的SEM图像和e)终极柔性传感器。

4.柔性电极和介电层的制造方法4.1.银纳米线基电极的制备4.1.1.普通电极4.1.2微结构电极图4a)AgNWs嵌入式扣状微结构电极。

b)从具有哑光饰面的玻璃复制的PDMS基板的拓扑结构。

c)由荷叶的反向复制品制备的PDMS微电极，d)涂有AgNWs的PDMS微电极。

e)涂有AgNWs的菩提树叶电极。

4.1.3.多孔电极4.1.4.纤维基电极图5a)多孔AgNWs/三聚氰胺海绵电极。

b)由糖模板制造的多孔PDMS/AgNWs电极。

c)AgNWs涂层多孔羊毛织物。

d)多孔电极的制造方法和SEM图像的示意图。

4.1.5.图案化电极阵列图6a)AgNWs涂覆的SCY，b)AgNWs在SCY上均匀涂覆的演示，c)具有AgNWs涂覆的SCY的压力传感器阵列的照片。

d)PDMS涂覆的AgNWs/细菌纤维素纤维，e)AgNWs/细菌纤维素纤维的分级微结构的展示，以及f)传感像素。

4.2AgNWs基介电复合材料的制备图7a)通过丝网印刷制备的7*7阵列的宏观图像。

b)用剥离微图案化方法构建的16*16传感器阵列。

c)通过选择性光照射制备的AgNWs线的SEM图像。

d)通过掩模喷涂在PDMS基底上制备AgNWs/Mxene复合电极。

图8a)微结构AgNWs/PDMS介电层的SEM图像，b)具有AgNWs/PDMS介电层的柔性压力传感器的结构。

c)制备AgNWs/TPU介电层的示意图，d)具有AgNWs/TPU介电层的柔性压力传感器的结构和AgNWs/TPU纤维的SEM图像。

e)AgNWs/TPU复合纳米纤维介电层的SEM图像。

f)制造的多孔AgNWs/PVA纳米复合电介质层的数字图像。

g)SEM图像多孔AgNW/PVA纳米复合电介质层。

4.3传感器设计的计算分析图9a)FEA模拟描绘了在0.5、2和10kPa压力下稀疏、密集PDMS微功率阵列和平PDMS的局部应力分布和变形。

b)在800Pa的压缩载荷下，多孔三聚氰胺和平坦PET基底(底部)内的vonMises应力分布的FEA模拟结果。

c)展示微结构和扁平介电传感器的应力分布的FEA模拟。

5.传感器的性能5.1.灵敏度5.2.响应时间表2AgNWs基介质层传感器的性能图10用基于AgNWs的电极和电介质层制备的压力传感器的特性a)灵敏度，b)响应时间和c)检测极限6.新兴应用6.1人机界面6.2电子皮肤图11a)用手指弹奏的无触点钢琴。

b)带有10个独立传感器的数据手套的图像，以及在移动应用程序中弹奏钢琴的演示,经[41]许可转载,版权2020，美国化学学会。

c)用作可佩戴键盘和实时输入单词“flextronics”的柔性传感器。

经[40]许可转载,版权2018，斯普林格自然。

d)安装在机器人手上的传感器。

经许可转载。

[46]版权所有2020，威利-VCH公司。

图12a)附在面罩上用于呼吸监测的压力传感器，b)附在胸部用于心率监测的传感器。

c)安装在桡动脉上的传感器，用于实时监测手腕脉搏。

d)不同角度的手掌弯曲。

e)放置在人体颈部以检测声带振动的传感器。

f)检测眼睑开合过程中肌肉运动的传感器。

g)安装在人体手臂上的传感器，用于检测手臂弯曲。

7.结论和展望在此，我们总结了基于AgNWs的柔性电容式压力传感器的最新进展及其在新兴技术中的应用。

对AgNWs基电极和介电层的制备方法进行了分类，强调AgNWs不仅是一种良好的电极材料，也是介电层中良好的填充材料，这可以用其优异的柔韧性、导电性和高介电常数来解释。

然后，我们比较了传感器的性能，包括灵敏度、响应时间、动态耐久性和检测极限。

正确选择衬底和介电材料并为其添加微结构或多孔性会对传感器性能产生强烈影响。

考虑到应用前景，这些传感器在新兴技术中显示出有希望的结果，包括人机界面、电子皮肤、医疗保健监控和人体运动检测。

然而，在超低压力(1Pa)下实现低检测限和高灵敏度的传感器仍然是一个巨大的挑战，特别是在医疗保健监测应用中。

尽管传感器在细微压力(1Pa–1kPa)范围内的性能已经取得了一些成就，但据我们所知，与人体运动检测或医疗保健监测相关的细微和低压范围内的高灵敏度传感器尚未见诸报道。

因此，非常需要具有优化孔隙率和微结构的新材料设计。

此外，纳米线长度对传感器性能还没有被详细研究。

动态弯曲下传感器的机械和电气完整性仍需进一步研究。

然而，制造传感器的尺寸很小，并且直到现在，制造过程通常仅使用典型的用于中低技术准备水平的方法来优化。

因此，大规模生产方法仍然是传感器商业化的一个挑战。

我们相信，与AgNWs墨水相结合的已建立的印刷技术对于传感器的商业化是非常有前景的。

另一个瓶颈是使用刚性布线系统从传感器获取数据，这使得可安装在皮肤上的设备中的长期压力监测仍然是一个巨大的挑战。

关于新兴应用，传感器与人工智能和物联网的结合仅在文献中出现。

除了压力之外，还需要进一步研究能够检测温度、应变和生物液体等其他信号的传感器，以便在高级医疗监控应用中实现疾病的早期检测和监控。