中国科研团队近日在《Microsystems & Nanoengineering》期刊发表研究成果，成功研制出一种新型全多孔柔性电容式压力传感器（FPFCPS），其核心材料为激光诱导铜复合石墨烯（LICuG）电极与离子液体改性聚氨酯泡沫介电层。该传感器在动态机器人操作中可实现毫秒级触觉反馈与材料识别，检测范围达10 Pa–500 kPa，灵敏度高达863.17 kPa⁻¹，响应时间仅5毫秒，兼具优异柔韧性与长期稳定性，标志着柔性传感技术在人机交互与智能系统中的重要突破。
该传感器采用三明治结构设计，其中LICuG电极通过飞秒激光直接写入铜掺杂聚酰亚胺薄膜制备而成。实验使用来自杭州的Ti:sapphire飞秒振荡器（型号YF-FL-20-100-1R），在1030 nm波长、1.5 W平均功率、1 MHz重复频率条件下，实现局部碳化与原位还原，生成直径10–50 nm的铜纳米颗粒均匀分布于石墨烯基体中。这一过程不仅提升导电性，还通过多级孔隙结构增强电极-介质界面的机械互锁与电子极化效应，显著改善接触性能与压缩响应。
介电层选用浙江杭美泡沫电商公司提供的聚氨酯泡沫，经1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIM][BF₄]，纯度≥98%）浸渍处理10分钟，再经轻压去液并空气干燥30分钟，以提高表面可移动离子浓度。随后，在其表面涂覆由无锡雅泰化工提供的聚乙烯醇（PVA）粉末溶液，形成均匀水凝胶涂层。该复合结构通过离子积累-扩散模型在COMSOL Multiphysics 6.0中模拟验证，结果显示电场驱动下离子非均匀分布，有效增强电容变化率。
测试系统采用北京赛诺艾格科技有限公司的FE-60PT柔性电子阵列分析仪，同步采集运动、力与电信号，采样频率最高达1000 Hz。100次重复测试该传感器在玻璃、橡胶、泡沫等典型材料接触场景下，具备稳定识别能力，环境波动或接触速度变化，仍能准确输出结果。该响应时间-电容变化阈值判别准则已初步验证适用于单一材料接触，未来可拓展至相似力学性能材料，但不适用于多组分复合材料或极端工况。
关键参数与技术优势
| 参数项 | 数值/规格 |
|---|---|
| 灵敏度 | 863.17 kPa⁻¹ |
| 检测范围 | 10 Pa – 500 kPa |
| 响应时间 | 5 ms |
| 电极材料 | 激光诱导铜复合石墨烯（LICuG） |
| 介电层 | 离子液体改性聚氨酯泡沫 + PVA水凝胶 |
| 工作温度 | 未明确，但材料具备热稳定性 |
上述参数表明，该传感器在微压感知（如皮肤触感）、快速动态响应（如机器人抓取反馈）和宽量程覆盖方面均优于传统柔性电容传感器。尤其其863.17 kPa⁻¹的灵敏度远超多数商用柔性压力传感器（通常在10–200 kPa⁻¹区间），接近部分实验室原型水平，且响应时间缩短至5毫秒，满足实时触觉反馈需求。
从产业链角度看，该技术对国内柔性电子、可穿戴设备及工业机器人领域具有明确应用价值。对于采购方而言，需关注其材料供应链：LICuG依赖飞秒激光设备与特定聚合物基材，目前主要由中国本土厂商提供；而离子液体与PVA原料在国内均有成熟供应，降低对外依赖风险。该传感器采用“全多孔”结构，虽提升了响应速度与灵敏度，但可能影响长期密封性与耐湿性，实际部署时需评估环境适应性。
对中国制造企业而言，该成果提示了两个关键方向：一是高端柔性传感器正从“材料堆叠”转向“结构-材料协同设计”，未来产品竞争将聚焦于界面工程与多尺度结构优化；二是国产飞秒激光设备（如杭州产）已在精密微纳加工中展现竞争力，建议相关企业加强与高校合作，推动激光直写技术在传感器量产中的落地。该研究首次将LICuG应用于电双层电容-压力传感体系，为后续开发低功耗、高精度智能传感系统提供了理论框架与工艺路径。