1、背景介紹：

柔性壓力傳感器（FPSs）是柔性電子器件的重要組成部分，能夠高效地將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)換為電信號。其卓越的機(jī)械柔性、輕量化設(shè)計(jì)和優(yōu)異的變形適應(yīng)性使其在醫(yī)療保健、軟體機(jī)器人和智能傳感系統(tǒng)等前沿領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。近年來，FPSs不僅推動(dòng)了智能傳感系統(tǒng)向仿生和自適應(yīng)方向的發(fā)展，也成為下一代高適應(yīng)性傳感技術(shù)的重要突破。研究人員在提升FPSs的靈敏度、壓力響應(yīng)范圍和傳感器穩(wěn)定性等性能參數(shù)方面取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。然而，單維優(yōu)化策略往往難以平衡靈敏度和響應(yīng)范圍，導(dǎo)致壓力-電信號轉(zhuǎn)換關(guān)系偏離理想的線性模型。壓力傳感器輸出的非線性導(dǎo)致測量信號與實(shí)際壓力值呈現(xiàn)復(fù)雜的指數(shù)關(guān)系，從而降低了信號轉(zhuǎn)換的保真度。實(shí)際應(yīng)用中，補(bǔ)償這種非線性效應(yīng)需要集成系統(tǒng)采用復(fù)雜的信號補(bǔ)償算法。這些算法可能會引起相位延遲和噪聲放大問題，嚴(yán)重制約外部系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。因此，克服壓力傳感器在非線性響應(yīng)方面的局限性，建立靈敏度和響應(yīng)范圍的協(xié)同增強(qiáng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)跨尺度的線性響應(yīng)調(diào)控，已成為該領(lǐng)域緊迫的科學(xué)挑戰(zhàn)。

2、研究成果：

FPSs的線性響應(yīng)作為一項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)，日益受到關(guān)注。盡管相關(guān)研究不斷進(jìn)展，但現(xiàn)有文獻(xiàn)很少對該問題進(jìn)行系統(tǒng)的分類和分析，制約了理論體系的完善和技術(shù)應(yīng)用的深化。近日，濟(jì)南大學(xué)魏琴教授、牛閎森副教授/山東大學(xué)李陽教授在Advanced Functional Materials上發(fā)表了題為“Microstructure-Modulated Linear-Response Flexible Pressure Sensors”的綜述文章(DOI: 10.1002/adfm.202509776)。本綜述全面概述了FPSs線性響應(yīng)實(shí)現(xiàn)的最新進(jìn)展。首先，闡述了線性響應(yīng)的定義及其評價(jià)指標(biāo)，并探討了其在精確數(shù)據(jù)采集、簡化信號處理和優(yōu)化校準(zhǔn)方面的意義。隨后，總結(jié)了FPSs實(shí)現(xiàn)線性響應(yīng)的主流調(diào)制策略：單一圖案化微結(jié)構(gòu)、三維多孔微結(jié)構(gòu)、分級微結(jié)構(gòu)和多層微結(jié)構(gòu)。這些策略通過優(yōu)化微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了FPSs的線性響應(yīng)。此外，本文還進(jìn)一步探討了基于線性響應(yīng)的FPSs在健康監(jiān)測、軟機(jī)器人、智能識別等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。最后，總結(jié)了柔性傳感器線性響應(yīng)調(diào)制策略目前面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，并概述了未來發(fā)展的潛在技術(shù)路徑。本綜述旨在構(gòu)建一個(gè)前瞻性的理論框架，以支持該領(lǐng)域的突破性研究并促進(jìn)其創(chuàng)新。濟(jì)南大學(xué)李寧博士、山東大學(xué)李浩博士和馮金慧副教授為共同第一作者，濟(jì)南大學(xué)魏琴教授、牛閎森副教授、山東大學(xué)李陽教授為共同通訊作者。

3、圖文導(dǎo)讀：

圖1概述近十年來微結(jié)構(gòu)調(diào)控線性響應(yīng)FPSs的研究進(jìn)展

圖2概述微結(jié)構(gòu)調(diào)控線性響應(yīng)FPSs，重點(diǎn)介紹其定義、意義、調(diào)制策略和應(yīng)用

圖3具有單一圖案微結(jié)構(gòu)的傳感器

圖4具有 3D 多孔微結(jié)構(gòu)的傳感器

圖5具有不規(guī)則分層微圖案結(jié)構(gòu)的傳感器

圖6 具有規(guī)則分層微圖案結(jié)構(gòu)的傳感器

圖7 具有多級多孔微結(jié)構(gòu)的傳感器

圖8具有混合分層微結(jié)構(gòu)的傳感器

圖9具有多層微圖案結(jié)構(gòu)的傳感器

圖10具有多層多孔微結(jié)構(gòu)的傳感器

圖11基于線性響應(yīng)的 FPSs 的當(dāng)前挑戰(zhàn)和前景

4、總結(jié)與展望：

本綜述全面探討了微結(jié)構(gòu)調(diào)控的FPSs線性響應(yīng)。首先，本文定義了線性響應(yīng)的概念及其評價(jià)指標(biāo)，然后分析了其在精確信號采集、簡化信號處理和優(yōu)化校準(zhǔn)方面的重要性。隨后，本文系統(tǒng)地總結(jié)了基于微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)線性響應(yīng)的各種策略，包括：1）單一圖案化微結(jié)構(gòu)；3D多孔微結(jié)構(gòu)；2）分級微結(jié)構(gòu)；3）多層微結(jié)構(gòu)。隨后，本文結(jié)合接觸力學(xué)模型和不同的微結(jié)構(gòu)策略，對不同微結(jié)構(gòu)FPSs的優(yōu)勢、局限性、變形機(jī)制和線性響應(yīng)原理進(jìn)行了比較分析。此外，本文還探討了線性響應(yīng)在醫(yī)療監(jiān)測、軟機(jī)器人和智能識別系統(tǒng)等關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際價(jià)值。在這些領(lǐng)域，線性特性通過簡化數(shù)據(jù)處理、降低校準(zhǔn)復(fù)雜性以及實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)時(shí)控制或模式分類來提升系統(tǒng)級性能?？傮w而言，本綜述為理解和設(shè)計(jì)線性響應(yīng)壓力傳感器提供了全面的結(jié)構(gòu)視角和物理框架，旨在指導(dǎo)未來高性能、應(yīng)用自適應(yīng)的壓力傳感技術(shù)的發(fā)展。

Microstructure-Modulated Linear-Response Flexible Pressure Sensors

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202509776

關(guān)鍵詞：電子皮膚、柔性壓力傳感器、觸覺感知、可穿戴傳感