柔性壓力傳感器可將機械刺激轉換成電信號，以實(shí)現與環(huán)境的友好交互。電容型柔性壓力傳感器不僅可以檢測靜態(tài)壓力，還能同時(shí)檢測動(dòng)態(tài)壓力，其信號也較為穩定，因此被廣泛研究與應用。但這類(lèi)傳感器的響應速度通常較慢，處于數十毫秒量級（對應頻率帶寬為數十赫茲）。這與作為介電層的軟材料對動(dòng)態(tài)壓力的響應時(shí)間相差至少6-7個(gè)數量級（響應時(shí)間為納秒級別，對應頻率帶寬可到億赫茲水平）。這種顯著(zhù)的差異主要來(lái)自于兩個(gè)方面：一是材料的粘彈性，二是電極與介電層界面在動(dòng)態(tài)加載與卸載過(guò)程中的能量耗散。然而，過(guò)去十多年來(lái)，研究人員并沒(méi)有認識到微結構界面的能量耗散對響應速度的影響。

針對以上問(wèn)題，南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系郭傳飛教授、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代力學(xué)系王柳教授、中國商用飛機有限責任公司陳迎春研究員研究團隊合作開(kāi)發(fā)了一種超快響應的電容型電子皮膚。團隊深入研究了微結構界面的能量耗散對電容型柔性壓力傳感器響應-恢復速度的影響，采用微結構界面的一體化粘接技術(shù)，將這類(lèi)傳感器的頻率帶寬從數百赫茲擴展至至少12500 Hz，該研究為推動(dòng)電容型柔性壓力傳感器從動(dòng)態(tài)壓力檢測到聲學(xué)領(lǐng)域的應用提供了新的思路。

相關(guān)成果以“Ultrafast piezocapacitive soft pressure sensors with over 10 kHz bandwidth via bonded microstructured interfaces"為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上，南方科技大學(xué)材料系博士研究生張愿、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院高級工程師周小猛、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代力學(xué)系碩士研究生張念為本文的共同第一作者，郭傳飛教授、王柳教授和陳迎春研究員作為共同通訊作者，南方科技大學(xué)為該論文的第一通信單位。

通過(guò)有限元模擬，研究團隊發(fā)現在粘附-脫附過(guò)程中微結構界面所能引發(fā)的顯著(zhù)能量耗散的現象，這在一定程度上導致了器件響應速度的下降。針對這一問(wèn)題，該團隊采用微結構界面的一體化粘接技術(shù)，同時(shí)結合彈性體-碳納米管的滲流轉變傳感機制，使傳感器在保證較高靈敏度的同時(shí)，其響應速度成功提升至12500 Hz水平。團隊采用摩方精密nanoArch® S130（精度：2 μm）3D打印設備，實(shí)現了微錐結構模板的高精度打?。ㄖ睆剑?0 μm，高度：40 μm），并結合倒模技術(shù)制備了柔性PDMS-CNTs微結構介電層。通過(guò)采用摻雜碳納米管降低粘彈性，結合粘接的微結構界面減少界面摩擦能量耗散，實(shí)現了傳感器的超快響應（圖1）。

該團隊利用該傳感器進(jìn)一步設計了一種人工耳系統，并利用這個(gè)系統進(jìn)行聲音檢測。他們對比了該傳感器與商用麥克風(fēng)以及傳統的具有非粘接微結構界面的傳感器的測試結果，發(fā)現該傳感器的聲音識別能力與商用麥克風(fēng)幾乎一致，證明了該傳感器在聲學(xué)領(lǐng)域的應用潛力（圖4）。

本研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省科技廳和深圳市科創(chuàng )委的支持。