柔性应变传感器能够将机械形变转化为电信号，在医疗监测、电子皮肤和软体机器人等新兴应用领域中占据核心地位。近年来，传感层工程领域的突破性进展，使得能够承受超大拉伸应变（> 400%）的拉伸传感器，以及能够在极端压缩（> 80%）条件下工作的压缩传感器相继问世。然而，这些进展在很大程度上是沿着相互独立的轨迹演进的；拉伸和压缩传感功能通常是独立优化的，而非集成于单一的传感层之中。从本质层面来看，拉伸形变与压缩形变是通过截然不同且往往相互竞争的机制来调控电输运过程的。在拉伸应变作用下，导电填料的分离会破坏渗流通路，从而削弱电导连通性。相比之下，在多孔结构或仿生结构中，压缩形变会增加接触密度与接触面积，进而强化导电网络并放大电阻变化。这种机制上的不对称性使得对拉伸与压缩信号进行电学解耦变得极具挑战性，并往往导致传感响应呈现非线性、不对称或模糊不清的特征。因此，如何构建一种高灵敏度的传感层，使其能够同时准确分辨同轴双向应变（即沿同一轴线发生的拉伸与压缩形变）的方向与幅值，至今仍是一项尚未攻克的难题。

近期的一些研究工作已尝试将拉伸与压缩传感功能集成于柔性器件之中。例如，Capasso 及其团队将零维（0D）碳纳米洋葱（CNOs）与一维（1D）碳纳米管（CNTs）掺入 SEBS（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯）弹性体基质中制备出导电墨水，并通过浸渍聚氨酯（PU）海绵的方法，成功制备出兼具拉伸（120%）与压缩（80%）传感能力的器件。然而，该体系几乎不具备线性工作区间。当拉伸应变超过约 8% 时，导电网络的断裂会导致剧烈的信号波动，从而严重损害器件的稳定性和可靠性。Gao 及其团队则利用 3D 打印技术，将石墨烯与碳纳米管（CNTs）组装成一种具有“剪纸”（Kirigami）结构的拉伸-压缩碳气凝胶，实现了在 −14% 至 100% 宽应变范围内的传感功能。尽管如此，这种剪纸（Kirigami）几何结构在受拉伸时仅对导电通路产生微弱扰动，导致其即使在大应变下仍表现出较低的拉伸灵敏度（GF = 0.1）。这些研究凸显了对一类新型纳米材料的迫切需求：这类材料不仅需能提供稳定且可逆的高灵敏度响应窗口，还应支持同轴双向应变检测功能。

天然棉纤维由相互缠绕交织的纤维素细丝构成，其内部呈中空结构；这种结构赋予了棉纤维较高的长径比和良好的弹性，使其成为构建多层级传感架构的理想三维支架材料。然而，若要在碳化棉基底上以可控的方式引入次级纳米结构，目前仍面临诸多挑战。传统的过渡金属催化剂（如 Fe/Co/Ni）在生长过程中往往容易发生烧结或被碳层包覆。这不仅会导致催化剂失活，还会造成层级结构的不均匀性，进而阻碍对接触导电性的精准调控以及线性机电响应的实现。因此，对于多模态传感层而言，开发一种能够实现可控生长与多层级结构设计的全新制备方法显得尤为必要。

来源：传感器专家网