本研究由山东大学机械工程学院的张念强（Nianqiang Zhang）、孙涛（Tao Sun）、刘启凯（Qikai Liu）、王杰涛（Jietao Wang）和张成鹏（Chengpeng Zhang）等人共同完成，发表于爱思唯尔（Elsevier）旗下的《Chemical Engineering Journal》，该文章于2026年5月4日在线发表。

在可穿戴人机交互、软体机器人电子皮肤等领域，一个核心挑战在于如何在宽压力范围内实现稳定、可靠的触觉感知。现有高灵敏度传感器通常依赖微结构来放大信号，但在中高压区间内容易因结构过早致密化而导致信号饱和；而宽量程传感器的设计往往以牺牲低压力响应和线性度为代价。为了解决这一矛盾，本研究提出了一种基于非溶剂致相分离（Non-solvent induced phase separation, NIPS）的一步成型策略，构建了一种集砂纸状微凸起拓扑结构与开放互联的梯度多孔框架于一体的热塑性聚氨酯/碳纳米管（Thermoplastic polyurethane/Carbon nanotubes, TPU-CNT）压阻式压力传感器。

本研究的完整技术路线从材料制备与结构设计入手，涵盖了性能表征、机理分析与应用验证。首先，在制备流程中，研究者将碳纳米管均匀分散在二甲基甲酰胺中，再加入热塑性聚氨酯颗粒，通过加热搅拌形成均一的聚合物溶液。随后，将溶液浇铸在作为模板的砂纸表面，形成湿膜。与常规的溶液浸泡法不同，该研究独创性地引入水雾触发相分离工艺：使用雾化器向湿膜表面均匀喷洒水雾，水作为非溶剂缓慢且可控地诱导溶剂-非溶剂交换，从而驱动TPU的相分离行为。经过乙醇溶剂置换和室温干燥后，薄膜在一步操作中同时完成了表面微结构复刻、内部梯度多孔框架构建以及导电碳纳米管网络的原位嵌入，无需任何复杂的后化学处理，极大简化了制造流程。扫描电子显微镜形貌分析证实，优化条件下（TPU浓度15wt%，CNT含量6wt%，水雾处理30秒）制备的传感层具有显著的孔径梯度特征，砂纸接触面呈4-7微米致密微孔，而非溶剂首先接触侧则为30-100微米的开放孔道。

在性能检测与机理研究环节，研究者系统考察了不同实验变量对传感器响应特性的影响，并揭示了分阶段变形机制。静态压力测试结果显示，在0-200 kPa的低压范围内，器件表面微凸起结构首先参与接触和局部变形，导致导电通路快速增加，获得了高达35.31 kPa⁻¹的灵敏度，且线性拟合决定系数R²达到0.9964。随着压力增加至200-1050 kPa的中高压范围，表面结构趋于接触饱和，响应逐渐转变为内部多孔框架的体压缩贡献，孔隙壁的渐进致密化驱动CNT网络持续重构，从而有效延迟了信号饱和，灵敏度保持为13.52 kPa⁻¹。器件在超过30,000次的循环加卸载测试中保持了稳定的输出信号，并且在不同加载频率、环境温度与湿度条件下均表现出良好的抗干扰能力和动态追踪能力。

最后，为了验证其在真实场景下的抗饱和应用潜力，研究者在动态重载场景中进行了实测。传感器被用于抓取不同重量的水杯、精细调节负载，以及最具代表性的5公斤哑铃举起测试。结果显示，即使在举起哑铃产生的高基准负载下，传感器依然能清晰分辨出因手臂微小上下摆动引起的叠加压力波动，证明了其在工程化电子皮肤触觉感知中的应用价值。

该研究的亮点在于，它提出了一种将砂纸微凸起拓扑与梯度多孔框架相结合的复合结构，通过分阶段变形机制，巧妙地实现了低压力高灵敏度与中高压力抗饱和特性的统一。在制造层面，水雾触发非溶剂致相分离工艺的引入实现了结构生成与导电网络构建的一步完成，解决了传统方法中工艺繁琐、一致性差等问题，为宽量程多孔弹性体压力传感器的结构设计与大规模制造提供了一条简单有效的技术路径。