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• 0.   引言

  近年来，柔性可穿戴电子器件因其在人体运动检测^[1-4]、健康监测^[5-7]、人工智能和人机交互^[8-11]等方面的广泛应用成为人们关注的焦点。对于与人类和环境有交互作用的可穿戴电子设备，柔性传感器对外部刺激的感知至关重要。

  相较于刚性传感器，柔性传感器具有良好的柔韧性，可以弯曲或拉伸，能够贴合不规则平面^[12]，为传统刚性传感器带来的限制提供解决方法。柔性传感器研究的理论基础是模拟生物皮肤的工作原理，利用不同的传感机制将外部刺激转换为电信号或非电信号，从而实现信号的传输和记录^[13]。柔性传感器按照功能不同，可分为柔性压力传感器^[14-16]、柔性应变传感器^[17-19]、柔性温度传感器^[20-21]、柔性湿度传感器^[22-24]、柔性气体传感器^[25-26]等。目前，大多数柔性传感器只注重于对单一信号的传感。然而，人体皮肤是由一个综合的感觉受体网络组成，通过感觉受体感知多种环境刺激(压力、应变、温度、湿度等)，以确保与复杂环境的安全有效互动。因此，为了响应复杂环境中的各种外界刺激，模仿人体皮肤的对多种刺激做出响应的多功能柔性电子器件如电子皮肤等正在引起广泛关注^[27]。

  在自然界存在的各种信号中，力和温度对我们的生活和健康起着至关重要的作用，并因其在人工智能和人机交互中的重要性而受到广泛关注^[28-29]。因此，开发具有压力-温度双功能柔性传感器成为热点。

  目前，双功能传感器的实现主要通过2种方式：(1) 利用单一传感器通过相同输出信号^[30]或不同输出信号^[11]同时实现对温度和压力的检测；(2) 不同类型的传感器集成在同一传感器中，分别检测不同的刺激^[31]。对于输出相同信号的双功能传感器，信号采集时容易出现干扰，在信号解耦方面可能会存在困难。集成不同功能传感器的设计复杂、成本高，难以实现大规模制备。因此，利用单一传感器，通过不同的作用机制输出不同信号是一个很好的选择。

  在这篇综述中，我们介绍了压力-温度双功能柔性传感器的最新进展。首先，介绍了压力-温度传感器的传感机制。其次，介绍了双功能传感器的设计，通过简单堆叠/集成、材料选择和活性层微结构设计的方式，实现对压力与温度的传感。再次，介绍了压力-温度双功能传感器在人体运动检测、健康监测以及人工智能和人机交互方面的应用。最后，我们总结了柔性压力-温度双功能传感器的发展，以及双功能传感器需要克服的重要问题和挑战。

  1.   传感机制

  柔性压力-温度双功能传感器通过将外界刺激(温度、压力)转换为可测量的信号来实现其功能。根据信号可将其传感机制分为电信号(电阻、电压和电容)机制和非电信号(如光或磁信号)机制。目前前者得到了广泛的关注，而后者通常作为重要的补充，丰富了传感器的响应信号类型。

  1.1   电信号机制

  通过将外界刺激(温度、压力)转换为电信号实现传感的机制为电信号机制，实际应用中电信号主要是电阻、电流、电容、电压。柔性温度传感器主要通过热电、热释电、热阻等效应将温度刺激分别转换为电阻/电流与电压等电信号。而对于柔性压力传感器，由于是将机械力转换为电信号，因此有必要根据刺激类型(即动态压力与静态压力)来分别设计传感器。动态柔性压力传感器主要通过压电效应与摩擦电效应将压力转换为开路电压和短路电流等交流电信号。静态柔性压力传感器主要通过压阻效应与电容压电效应将压力转化为电阻/电流、电容等电信号。

  1.1.1   电阻机制

  通过将外界刺激转换为电阻/电流信号的机制为电阻机制。其中由于外部压力引起的电阻变化称为压阻效应，由于外部温度引起的电阻变化称为热敏效应。在一定条件下，电阻改变值与外界温度/压力呈现良好的线性关系，可用于压力/温度传感。对于压阻传感器，其灵敏度S_p可用式1^[32]来表示：

  $ S_p=\frac{\Delta R / R_0}{\Delta p} $

  (1)

  式中Δp为压力变化值，ΔR为电阻变化值，R₀为初始电阻。压阻效应是柔性压力传感器设计中最突出的特点，压阻传感器具有结构简单、灵敏度高、响应时间短、温度稳定性好等一系列优点，因此被广泛应用^[33]。

  类似的，对于柔性热敏传感器，其灵敏度用电阻温度系数(TCR)进行描述(式2)^[34]：

  $ \mathrm{TCR}=\frac{\Delta R / R_0}{\Delta T} $

  (2)

  式中ΔT为温度变化值。基于热敏效应的柔性温度传感器已被广泛报道^[34-35]。

  1.1.2   电压机制

  通过将外界刺激转换为电压的机制为电压机制，这一传感机制包括压电效应、摩擦电效应、热释电效应与热电效应，其原理均是部分功能材料在外界刺激下，材料表面或末端的电荷积累不均匀，产生电压。压电效应即某些电介质在一定方向上受到外力作用变形时，晶体内部产生极化，同时在压电材料表面出现极性相反但大小相等的电荷，这在外部表现为电势差。压电材料表面积聚的电荷可由式3^[36]给出：

  $Q=d_{n m} F $

  (3)

  其中Q代表电荷量，d_mn为压电系数，其下标m与n分别表示压电材料极化方向与外部压力方向，F为外界施加的压力。基于压电效应的柔性传感器为柔性压电传感器，传感器的开路电压与灵敏度可分别用式4与5表示^[36]：

  $ U_p=\frac{Q}{C}=\frac{d_{m n} t}{\varepsilon_{\mathrm{r}} \varepsilon_0 A} \cdot F $

  (4)

  $ S_p=\frac{\mathrm{d} U_p}{\mathrm{~d} F}=\frac{d_{m n} t}{\varepsilon_{\mathrm{r}} \varepsilon_0 A} $

  (5)

  式中U_p代表开路电压，t与A分别是材料的厚度与面积，ε_r为相对介电常数，ε₀为真空介电常数，F为外界施加的力。t、A、ε_r、d_mn、ε₀为常数，开路电压U_p与外界施加的力F呈线性响应，因此可用于压力传感。柔性压电传感器具有灵敏度高、测量范围宽、自供电、能耗低等优点，近年来备受关注^[37-38]。

  摩擦电效应是指2种不同的材料在外力作用下接触时，材料间发生电子转移，分离后2个接触面会产生等量相反的电荷，在外部即产生电势差。基于摩擦电效应可开发摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator，TENG)，根据器件的具体组装方法与工作方式，提出了TENG的4种基本模型，即垂直接触分离模式、横向滑动模式、单电极模式、悬空摩擦电层模式。垂直接触分离模式与单电极模式中外加刺激与接触面相互垂直，可应用于压力传感领域中。其中垂直接触分离工作模式在摩擦电压力传感器中应用最为广泛。对于垂直接触分离模式，当只有一个介电层时，其开路电压与外界施加的压力之间的关系可由式6表示。基于这一模式的压力传感器其灵敏度可用式7描述^[39]：

  $U_p=\frac{\sigma_0}{\varepsilon_0}\left(d_0-\frac{d_0}{Y} \cdot p\right) $

  (6)

  $ S_p=\frac{\mathrm{d} U_p}{\mathrm{~d} p}=\frac{\sigma_0}{\varepsilon_0} \cdot \frac{d_0}{Y} $

  (7)

  其中U_p为外界压力下产生的开路电压，σ₀为摩擦电荷密度，ε₀为真空介电常数，d₀为两间隙层的初始间距，Y为杨氏模量。σ₀、ε₀、d₀与Y可视为常数，因此在一定压力范围内，开路电压与外加压力呈良好的线性关系，可用于压力传感。柔性摩擦电压力传感器具有自供电、高灵敏度、稳定性高的优点。自2012年王中林院士团队^[40]首次发明了TENG以来，摩擦电效应在纳米发电机与压力传感器领域中得到广泛关注^[41-42]。

  热释电效应是指具有自发式极化的晶体受热或冷却后，由于温度的变化而导致自发式极化强度变化，从而在晶体某一定方向产生表面极化电荷的现象。能产生热释电效应的晶体称为热释电体。外界温度变化下，热释电体产生的表面极化在外部表现为电势差。基于热释电效应的柔性传感器为柔性热释电传感器，其获得的开路电压与灵敏度分别用式8与9表示^[43]：

  $ U_T=E d=\frac{d \Delta \sigma}{\varepsilon_{\mathrm{r}} \varepsilon_0}=\frac{P d}{\varepsilon_{\mathrm{r}} \varepsilon_0} \cdot \Delta T $

  (8)

  $ S_T=\frac{\mathrm{d} U_T}{\mathrm{~d} T}=\frac{P d}{\varepsilon_{\mathrm{r}} \varepsilon_0} $

  (9)

  式中，U_T为开路电压、E为电场强度，d为热释电体厚度，Δσ为电荷密度，P为热释电系数，ε₀为真空介电常数，ε_r为相对介电常数，ΔT为温差。式中P、d、ε_r与ε₀为常数，开路电压U_T与温差ΔT呈线性关系，因此柔性热释电传感器可通过开路电压信号响应实现对温度的检测。热释电材料属于压电材料的一类，因此热释电材料同时具有热释电与压电效应，可用于实现多模态传感^[44]。

  两种不同电导体或半导体由于温度差异而产生电势差(热电势)的现象称为塞贝克效应，是热电效应其中的一种。基于塞贝克效应的柔性传感器为柔性热电偶传感器。当2个不同导体A与B构成测试回路时，传感器热电势大小可由式10给出^[45]：

  $ \varepsilon_{\mathrm{AB}}=\int_{T_{\mathrm{r}}}^T \varepsilon_{\mathrm{A}} \mathrm{~d} T+\int_T^{T_{\mathrm{r}}} \varepsilon_{\mathrm{B}} \mathrm{~d} T $

  (10)

  其中ε_AB为热电势，T为测试端温度，T_r为参照端温度，ε_A与ε_B分别为A与B的塞贝克系数。若其中A物质为金属，塞贝克系数为常数，则此时可分别用式11与12表示传感器的热电势与传感器的灵敏度：

  $ \begin{aligned} \varepsilon_{\mathrm{AB}}=\varepsilon_{\mathrm{B}} \Delta T \end{aligned} $

  (11)

  $ S_T=\frac{\mathrm{d} \varepsilon_{\mathrm{AB}}}{\mathrm{~d} T}=\varepsilon_{\mathrm{B}} $

  (12)

  从式中可知热电势与温度具有线性关系，因此热电效应可被广泛应用于温度传感领域^[46]。

  1.1.3   电容机制

  通过将外界刺激转换为电容信号实现传感的机制为电容机制。电容是指在给定电位差下自由电荷的储藏量，其大小代表了材料储存电荷的能力。理论电容大小可由式13给出：

  $ C=\frac{\varepsilon_0 \varepsilon_{\mathrm{r}} A}{d} $

  (13)

  式中C为电容，ε₀为真空介电常数，ε_r为相对介电常数，A为两极板正对面积，d为两极板间距。可以看出电容大小同时受到极板的几何结构与极板间介质材料的性质影响。根据电容机制制备的柔性电容式压力传感器，受限于传感器物理尺寸，其电容通常较小，导致灵敏度偏低。目前针对此问题有2种解决方案，分别是设计介电层微结构与使用高介电常数材料。柔性电容式压力传感器的灵敏度可用式14表示：

  $ S_p=\frac{\delta\left(\Delta C-C_0\right)}{\delta p} $

  (14)

  相较于其他类型压力传感器，电容式压力传感器具有精度高、功耗低、对外部条件依赖性低等独特优势，因此被广泛应用^[47]。

  1.2   非电信号机制

  基于电信号传感机制的柔性传感器已得到广泛研究，但由于易受电磁干扰和电气安全性差等缺点，在某些环境(例如工业和水下环境)中，其应用受到限制。因此基于非电信号机制的柔性传感器可作为一种重要的补充。在柔性传感器领域，非电信号机制主要为光信号机制与磁信号机制，下面我们将分别介绍这2种机制。

  1.2.1   光机制

  将外界刺激转换为光信号实现传感功能的机制为光机制。基于光机制的柔性光学传感器可将温度、压力、应变、位移、振动、速度等刺激转换为光信号。柔性光纤传感器是柔性光学传感器中的一种，由于其具有高灵敏度、小尺寸、不受电磁干扰等明显优势，已成为机器人、柔性可穿戴医疗器械与人机界面应用的新兴范例。柔性光纤传感器被广泛应用于温度与压力传感，其工作原理为光源发射的光束与外界被测参数(温度、压力)相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，通过检测改变的光信号即可实现传感。

  值得注意的是，柔性光纤传感器可被应用于单一传感器的多功能传感。Fu等^[48]报道了一种模拟皮肤触觉的柔性仿生光纤触觉传感器(SBFT)，能够同时检测温度和压力，传感器以弯曲光纤布拉格光栅(FBG)为敏感元件，使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体将FBG封装成液滴状结构。SBFT传感器表现出2种光学共振，由FBG和弯曲光纤激发的回音壁模式所产生。由于2种共振的热光效应和弹光效应不同，因此压力和温度可以从2个共振位移中完全解耦。SBFT具有高分辨率(0.2 ℃和0.8 mN)和高灵敏度(-0.324 nm·℃^-1和-14.737 nm·N^-1)，能够实现精确的触觉感知应用，因此有望在软组织触诊和类人机器人感知方面得到实际应用。

  柔性机械发光(ML)传感器^[49]可将压力转换为光信号，其中弹性ML材料可以在外部压力刺激下产生光。根据光强度与施加压力之间的线性相关性，可以实现压力传感。Xie等^[50]报道了双稀土离子SrZnSO∶Tb，Eu激活的压力-温度发光传感器，基于压力发光信号的积分强度和压力发光强度比，可分别实现压力与温度的传感。

  柔性交流电致发光(ACEL)传感器^[51]也是柔性光学传感器的一种，传感器的发光强度随外加电压的增大而增大，任何影响ACEL传感器内部电场的因素如温度、压力、湿度等物理参数都可以被感知并转化为光信号。基于这一原理，Tsuneyasu等^[52]报道了一种ACEL装置，当发射峰在490 nm处时，ACEL装置在20 ℃时发出微弱的蓝宝石蓝辐射，在60~70 ℃发射出强烈的天蓝辐射，2种状态下的EL强度差异可达10倍，实现了对温度的响应。

  柔性热致变色传感器^[53]通过外部温度变化改变其光学性质(包括颜色、透明度和反射率)，从而实现温度传感。Yang等^[54]开发了一种多功能触觉传感器，传感器由2个氧化铟锡薄膜电极和夹在它们之间的热致变色介电层组成。结合电容机制与热致变色机制实现了压力-温度双功能传感。

  1.2.2   磁机制

  在外界刺激下，磁敏材料的磁学性质(如磁通量)发生改变，通过检测材料磁学性质的变化实现传感的机制为磁传感机制。基于磁机制可开发柔性磁学传感器，如柔性电磁式传感器。柔性电磁式传感器可用于压力的传感，其原理为磁敏材料在外界压力的刺激下，磁通量发生改变，磁通量的变化通过电磁感应产生电动势，通过检测产生的电动势即可实现压力的传感。柔性磁学传感器具有分辨率高、机械迟滞小与非接触测量等优点，是未来触觉传感器大规模应用的重要研究方向。Man等^[55]开发了一种基于磁性纤毛阵列的柔性触觉传感器，具有极高的灵敏度和稳定性。当磁性纤毛受到外力弯曲时，磁传感器阵列可以检测到磁场的变化，从而得到外力的大小和方向。该传感器分辨率为0.2 mN，工作范围为0~19.5 mN。

  总的来说，基于电信号机制的柔性传感器，其具有结构与制备工艺简单、可大面积打印、传感机制丰富等优点^[56-58]，因此在柔性多模态传感器中被广泛应用。但其也存在着诸如灵敏度不高、响应速度慢、易受电磁干扰、电气安全性差^[59-61]、应用场景不足(二维与三维立体传感场景)^[62]等缺点，限制了其在工业和水下环境、高精度机器人、医疗诊断等领域中的应用。

  柔性光/磁传感器具有超高分辨率、体积小、响应速度快、无接触传感、不受电磁干扰和多维度传感等优势^{[55, 63-64]}，因此其在医疗诊断与高性能机器人等领域具有一定的潜力^[65-66]，有望解决上述电信号传感器的不足。但由于其材料特性要求严格、结构设计复杂、信号采集不便等原因，目前在柔性多功能传感器中应用仍然较少。通过研究人员的努力，开发新的功能材料和精致的结构设计，有望在不久的将来推动光机制与磁机制方案在柔性多功能传感器中的应用。

  2.   双功能传感器的设计

  目前，有2种常见的设计双功能柔性传感器的策略：第一种策略是在单一基板上集成多个单功能传感器，允许每个传感器独立检测相应的参数^{[1, 6, 31, 56-67]}。然而，使用这种策略构建的双功能传感器通常具有垂直堆叠或平面排列的复杂结构布局，需要额外的电路采集来自单个传感器的信号，且难以做到大面积传感。第二种策略是使用单个双功能传感单元，可以同时检测2种刺激^{[9, 57, 68-70]}，通常结构更简单，但它需要使用更复杂的功能材料或串扰解耦方法，还经常通过改变传感器活性层微结构来增大其灵敏度和响应性。

  2.1   堆叠/集成式传感器

  要实现柔性传感器多功能的设计，最简单的方法是将具有不同输出信号的不同类型传感器集成到一个装置中。例如，为了实现柔性设备和低成本制造工艺，Jung等^[56]采用垂直堆叠的双峰器件架构(图 1a)，将温度传感器堆叠在压力传感器的顶部，两者根据不同的原理(压阻效应和热电效应)工作，将外部信号转换为单独的电信号，可以在同时施加不同物理刺激时，在不解耦数据的情况下最大限度地减少干扰效应。Pang等^[6]将以新型柔性碳纳米纤维垫作为活性材料的压力和温度传感模块垂直堆叠(图 1b)，获得了可同时传感压力和温度的智能口罩，其中压力传感器具有高灵敏度，适用于检测呼吸气流产生的压力；温度传感器可以通过感应口鼻呼吸引起的微小温度变化来实现非接触式温度检测。在将单功能传感器水平布局排列方面，Zhao等^[67]受人类热感觉系统的启发，设计了压力传感器单元和温度传感器单元的交错排列，将热敏铂(Pt)薄膜沉积在柔性聚酰亚胺衬底上，用于模拟人体皮肤上的多个传感器，形成了一个多功能电子皮肤装置，该电子皮肤采用均匀传感元件实现对多种刺激的同时检测，结构简单，集成度高。传感系统的简单结构有助于采用简单的制造工艺，从而促进了低成本和大规模的电子皮肤应用。

  图 1

  

  图 1.  (a) 温度和压力传感器垂直堆叠的图示^[56]; (b) 组合在口罩上的用于检测呼吸引起的压力和温度变化的双功能传感器结构示意图^[6]

  Figure 1.  (a) Illustration of vertical stack of temperature and pressure sensors^[56]; (b) Schematic diagram of the structure of a combo dual-functional sensor assembled on a mask to detect pressure and temperature changes caused by breathing^[6]

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  2.2   单个双功能传感器

  两个或多个传感器的集成过程比较复杂，而且这种堆叠方法制备的多功能传感器件通常过厚，不利于电子皮肤的应用。虽然在多功能传感器方面已经取得了很大的进展，但是不同刺激的耦合和复杂的集成技术仍然是多功能传感器发展的瓶颈。此外，与不同功能传感器逐层堆叠制造的多传感器相比，具有多功能的单个传感器由于其重量轻、设计简单等优点，在电子皮肤中越来越受欢迎。

  2.2.1   材料选择

  一般来说，单一传感器的功能在很大程度上依赖于材料的选择和排列。传统的导电材料，如碳材料、金属材料和导电聚合物，常作为活性材料和电极用于构建压力-温度双功能柔性传感器。

  碳材料如石墨烯(GR)^{[32, 71-73]}、碳纳米管(CNTs)^[74-75]等，具有良好的化学惰性、机械强度和导电性，故被广泛应用于柔性传感器。例如，Wang等^[69]将GR/PDMS复合材料作为压阻和热电效应的响应组件，设计了一种海绵状多功能传感器(图 2a)，该传感器具有大于15.22 kPa^-1的高压灵敏度，小于74 ms的快速响应时间，以及良好的循环稳定性，在温度刺激下，传感器通过热电效应表现出1 K的温度传感分辨率。CNTs良好的导热性和导电性，使其既能作为导电电极，又能与其他材料复合形成多功能纳米材料用于柔性传感器^[74]。例如，Zhang等^[76]基于压阻和热电原理，用单壁碳纳米管(SWCNT)和聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)装饰多孔木质海绵后(图 2b)，得到了高弹性的压力-温度双功能传感器SP@WS，可以精确检测低压区域(0~10 kPa)压力(灵敏度为1.05 kPa^-1)，且具有低响应时间和低温度检测限。

  图 2

  

  图 2.  (a) 用于多功能触觉传感的分层式自供电传感器的材料组成和结构^[69]; (b) SP@WS制作流程^[76]; (c) 活性双峰传感器阵列的制造工艺流程^[77]; (d) PCM传感器的制作示意图^[78]; (e) PEDOT∶PSS功能性油墨的制备及其在微结构PDMS基板表面的保形丝网印刷工艺^[79]; (f)柔性触觉传感器阵列的分解视图布局，以及压力传感单元(P-单元)和温度传感单元(T-单元)的示意图^[57]

  Figure 2.  (a) Composition and structure of hierarchically patterned self-powered sensors for multifunctional tactile sensing^[69]; (b) Fabrication procedure of SP@WS^[76]; (c) Fabrication process flow of the active bimodal sensor array^[77]; (d) Schematic illustration of the fabrication of the PCM sensor^[78]; (e) Preparation of the PEDOT∶PSS-based functional ink and its conformal screen printing process onto the surface of microstructured PDMS substrate^[79]; (f) Exploded view layout of the flexible tactile sensor array, and schematic of the pressure sensing unit (P-unit) and temperature sensing unit (T-unit)^[57]

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  金属材料一般为导电材料，如Au^[80]、Ag^{[9, 68, 81]}、Cu^{[69, 76, 82]}、Ni^[83]等，主要用作传感器的电极和导线。显然笨重的金属箔和金属薄膜对于柔性传感器产品来说过于沉重和坚硬，因此，具有足够灵活性和柔软性的金属纳米线(直径为200 nm)和金属纤维(直径为1~100 μm)更适合纳入柔性传感器中^[84-86]。例如，Wang等^[86]通过组装基于热塑性聚氨酯(TPU)/离子液体离子凝胶的砂纸状介电层，以及2个柔性银纳米线(AgNWs)负载的TPU电极和高度连接的AgNWs网络，设计了一种具有高精度和灵敏度的柔性离子电子传感器，用于检测压力和温度。

  导电聚合物如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚吡啶(PPy)、聚苯胺(PANIs)、PEDOT∶PSS等，具有重量轻、导电性高、性能稳定、柔韧性和电化学活性等优点^[87-88]，是构建柔性传感器的理想材料^{[44, 61, 77, 89-90]}。PVDF是一种具有良好压电和热释电性能的半结晶聚合物，PPy具有良好的电子转移性能和环境稳定性。基于以上特点，Veeralingam等^[77]报告了一种基于2D-Bi₂S₃嵌入PVDF/PPy纳米纤维的超灵敏压力、温度传感器(图 2c)，该传感机制可归因于β相PVDF优异的压电性能、PPy纳米粒子的电子传递性能和Bi₂S₃纳米粒子的拉伸强度。Zhu等^[91]基于压电聚(偏氟乙烯-共三氟乙烯)[P(VDF-TrFE)]和热电PANIs基复合材料，构建了具有高传感灵敏度、快速响应时间和宽检测范围的压力-温度双功能传感器，该传感器将压力和温度刺激转换为2个独立的电信号而不受干扰，具有高的灵敏度(109.4 μV·K^-1)、快速的温度响应时间(0.37 s)、宽的测量范围(0.1~20 kPa)。

  上述导电聚合物中，PEDOT∶PSS具有优异的热电性能和高度可调的导电性，被认为是制造柔性复合材料最有前途的候选材料之一^[92-95]。例如，Gao等^[78]通过使用PEDOT∶PSS和羧化的SWCNT浸涂三聚氰胺海绵(图 2d)，合成了一种可自供电的PEDOT∶PSS/CNT@三聚氰胺(PCM)双功能传感器，该传感器的塞贝克系数为35.9 μV·K^-1，温度检测限为0.4 K，压力灵敏度为-3.35%·kPa^-1，压力检测限为4 Pa。Meng等^[79]在PDMS衬底表面利用丝网印刷工艺涂覆掺杂了二甲基亚砜的PEDOT∶PSS(图 2e)，制备了具有高灵敏度和良好稳定性的压力-温度双功能传感器，并发现二次掺杂的PEDOT∶PSS具有不受温度影响的导电性，结合海岛微结构PDMS衬底，丝网印刷柔性传感器具有完全解耦的压力-温度响应能力，具有较高的灵敏度和良好的稳定性。

  上述单个双功能传感器利用各种材料的特性，通过引入温度不敏感变量和压力不敏感变量分别测量压力和温度，将异质传感机制结合起来，通常产生2种不同的输出，避免了信号解耦的精细设计。但是，当压力-温度双功能传感器产生同一种输出时(例如广泛使用的电阻)，就需要对传感器进行精细的信号解耦设计。例如，Zhu等^[57]报道了一种基于电阻效应同时感知压力和温度的多功能柔性触觉传感器，该传感器通过在带有空腔和突起的软基板上合理布置图案化金属薄膜，实现了压力和温度传感的解耦(图 2f)，并通过一系列实验验证了触觉传感器的多功能传感能力，包括在触摸、呼吸和动脉脉动过程中检测压力和温度。

  2.2.2   活性层微结构设计

  微观结构的探索已成为当代柔性传感器研究的一个突出方向，目的是提高传感器的性能，如灵敏度、响应时间、检测极限和传感范围。柔性压力-温度传感器一般由柔性衬底、活性层和导电电极组成。其中，活性层的形态结构被认为是提高器件敏感性的关键因素。目前报道最多的结构为互锁微结构和多孔结构。

  互锁式微结构传感器之所以具有对微弱压力的高灵敏度和超快的响应性，是因为即使是微弱的压力也会使上下微柱之间的接触面积发生很大的变化，从而导致传感器的电阻发生很大的变化。受人体皮肤表皮-真皮层之间互锁几何结构的启发，已开发了一系列人工互锁结构来设计高性能压力传感器^[96-99]，但由于材料组成问题，互锁式压力传感器通常表现出非单调的电阻-温度响应，难以检测温度。显然，如果互锁式压力传感器同时具有温度传感能力，将会带来很大的方便^{[58, 100-101]}。为了解决这一问题，Chen等^[58]设计了一种具有互锁方形柱阵列的柔性透明传感器(图 3a)，具有高灵敏度、低检测限、快速响应和出色的稳定性等压力传感性能，且该传感器还可以作为一种具有单调电阻-温度响应的高检测分辨率传感器来检测温度，将互锁式电子皮肤传感器的应用范围从压力传感扩展到其他类型的传感，为多响应电子皮肤传感器的制造提供了一条新的途径。

  图 3

  

  图 3.  (a) 互锁传感器检测压力和温度的原理图^[58]; (b) 制备MCP泡沫的示意图^[82]

  Figure 3.  (a) Schematic diagram of the mechanism of the interlocked sensor for detecting pressure and temperature^[58]; (b) Schematic illustrating the fabrication of MCP foam^[82]

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  多孔微结构如3D气凝胶^{[70, 102-103]}、海绵^{[9, 76, 78, 104]}和泡沫^{[90, 105]}等具有独特的弹性和导电性，它们的三维骨架有利于导电填料的分布，形成相互连接的导电网络，是构建高性能柔性压力传感器的理想选择。当外部刺激引起变形时，多孔结构的导电细胞壁之间接触面积的变化可能导致可检测的电阻变化，从而实现良好的灵敏度。在此基础上再结合其他热电材料可得到优良的压力-温度双功能传感器。例如，Hong等^[104]结合3D多孔结构和导电聚合物热电复合材料的优势，采用多孔海绵结构作为压力传感的三维结构骨架，GR/MWCNTs/PANI复合材料作为活性热电材料，开发了一种柔性压力-温度传感器，导电材料和多孔结构模式之间的协同作用使传感器具有高灵敏度、宽压力检测范围和低检测限等传感性能。MXene具有金属电导率、亲水表面和相对较低的热导率^[106]。当MXene与其他聚合物结合被设计成一个3D多孔网络，其热导率可以进一步降低。Gao等^[82]通过壳聚糖(CS)活化PDMS泡沫，然后用带负电荷的MXene悬浮液真空浸渍带正电荷的CS@PDMS泡沫，构建了一种高弹性、导电和隔热的3D泡沫传感器(MCP泡沫)(图 3b)，具有热电和压阻效应，可以同时检测温度和压力刺激，并将其分别转换为独立的电压和电阻信号，具有精确的双功能传感。表 1列出了部分压力-温度双功能传感器的性能对比，主要包括传感器的检测机制、检出限、检测范围、灵敏度、响应时间等。

  表 1

  

  表 1  不同双参数传感器的传感性能比较

  Table 1.  Comparison of sensing performance of different dual-parameter sensors

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  Active layer material	Measuring principle	Detect limit	Detect range	Sensitivity	Response time (Pressure, temperature)	Endurance
  PEDOT∶PSS/AgNPs/MWCNTs[56]	Piezoresistive/thermoelectric		0.1-5 kPa, 150 K		25 ms, n.a.	> 100 000 cycles
  Graphene/PDMS[69]	Piezoresistive/thermoelectric	1 K	0-45 kPa	15.22 kPa-1	< 74 ms, n.a.	> 3 000 cycles
  SWCNTs/PEDOT∶PSS[76]	Piezoresistive/thermoelectric	60 Pa, 0.5 K	0-20 kPa	1.05 kPa-1	20 ms, 0.8 s	500 cycles
  TPU/IL[86]	Capacitive	1.18 Pa, 0.02 ℃	0-77 kPa	106.01 kPa-1, 28.1%·℃-1	16 ms, n.a.	2 000 cycles
  Bi2S3/PVDF/PPy[77]	Piezoresistive/thermoresistive		0.1-55 kPa, 24-48 ℃	1.51 kPa-1, -0.111 7 ℃-1	40 ms, 0.33 s	5 000 cycles
  P(VDF-TrFE)/PANI[91]	Piezoelectric/thermoelectric	0.1 K	0.1-20.3 kPa	640 mV·kPa-1, 109.4 μV·K-1	0.37 s, n.a.	> 3 000 cycles
  PEDOT∶PSS/CNT[78]	Piezoresistive/thermoelectric	4 Pa, 0.4 K	0-100 kPa	-3.35%·kPa-1, 35.9 μV·K-1	134 ms, n.a.	> 1 000 cycles
  PEDOT∶PSS[79]	Piezoresistive/thermoelectric		0-300 kPa	37.65 kPa-1	2.4 ms, 4 s	5 000 cycles
  Cr/Au[57]	Piezoresistive/thermoresistive	40 Pa	0-6.1 kPa	2.71×10-4 kPa-1, 1.04×10-3 K-1	60 ms, n.a.
  AgNPs/CA/PVA[58]	Piezoresistive/thermoresistive	10 Pa	30-45 ℃	-1.82 kPa-1	75 ms, n.a.	> 500 cycles
  (GR)/ (MWCNTs)/(PANI)[104]	Piezoresistive/thermoelectric	186 Pa	0-110 kPa	0.348 8 kPa-1	50 ms, n.a.	> 10 00 cycles
  Mxenes/CS/PDMS[82]	Piezoresistive/thermoelectric	20 Pa, 0.05 K	0-100 kPa	-2.05%·kPa-1	140 ms, 0.29 s	> 5 000 cycles

  3.   生物医学应用

  实际上，能够感知多个刺激的柔性传感器从本质上决定了生活中的巨大潜在应用。此前报道的文献中已展示的应用大致可以分为两大类：一方面，与个人相关的应用正在这一领域占据主要地位，例如通过将柔性设备直接附着在人体皮肤上来检测人体运动和监测健康。另一方面，多功能柔性传感器在与人类活动紧密联系的假肢、机器人等的集成中发挥着至关重要的作用，使其具有感知能力和智能控制功能。这些与人类相关应用的最终目标是在及时准确地检测生存环境和生理状况的基础上，帮助我们实现更优质和智能的生活。

  3.1   人体运动检测和健康监测

  监测人体运动信号是评估人体运动状态的有效方法，检测和识别人体运动的姿势可以分析和理解锻炼者传达的信息，这些信息可以用于社交活动。因此，人体运动的检测、识别和分析成为重要的多学科研究方向^[107-109]。人体运动包括肢体运动，也包括呼吸、脉搏跳动等微小运动，将柔性传感器贴附于皮肤检测人体细微变化，在疾病诊断、康复治疗和日常健康评估领域具有广阔的应用前景^[110-112]。

  面罩中集成了柔性传感器，可以监测呼吸状态。但现有的用于监测呼吸的智能面罩大多基于单功能柔性传感器，难以准确区分不同的呼吸情况。Pang等^[6]提出了一种智能口罩，该口罩具有双功能性能，能准确测量呼出空气的温度和气压差，通过输出信号的差异，清楚地识别不同的呼吸状态(图 4a)。所提出的智能口罩能够实时准确区分口呼吸和鼻子呼吸，可以预防“口呼吸”的发展。

  图 4

  

  图 4.  (a) 鼻子呼吸和口呼吸条件下的压力和温度响应^[6]; (b) 使用无线传感平台对全身瘫痪受试者的压力和温度进行连续测量^[7]; (c) SP@WS传感器对脉搏和皮肤温度的响应^[76]; (d) 大鼠颅骨中生物可吸收传感器系统示意图^[113]

  Figure 4.  (a) Pressure and temperature response under nose breathing and mouth breathing conditions^[6]; (b) Continuous measurements of pressure and temperature from a subject with general paralysis using the wireless-sensing platform^[7]; (c) Response of the SP@WS sensor to pulse and skin temperature^[76]; (d) Diagram of a bioresorbable sensor system in a rat's skull^[113]

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  压力性损伤是由于长期压迫骨突起而引起的皮肤或下层组织局部损伤，医疗设备对人体长时间的施加压力也可能导致压力性损伤^[114]。持续监测皮肤表面的压力和温度，有助于最大限度地减小患者发生压力性损伤的可能性。Oh等^[7]开发了一种无线传感系统，该系统能够使用安装在皮肤和支撑床垫之间的传感器，连续监测全身选定位置的压力和温度(图 4b)。利用该系统，在不刺激皮肤表面的同时收集多个位置的信号，为早期诊断和预防压力性损伤打下基础。

  在临床上，绿色环保的多功能传感器对持续监测人体生理参数具有重要意义。然而，目前使用的大多数传感器都不可降解，难以实现可持续发展。作为一种新型的绿色和可持续材料，木海绵可能是制造可持续和多功能传感器的绝佳解决方案。前述Zhang等^[76]设计的可穿戴传感器SP@WS即基于木海绵通过化学处理和冷冻干燥的方法制备，该传感器可以准确检测不同动脉的脉搏和皮肤温度(图 4c)。这种用天然材料制备柔性传感器的实用且可持续的策略促进了新一代便携式医疗设备的发展。

  除了以上提到的非植入式传感器，现代临床医学中的一些手术还使用了植入式传感器来治疗疾病。Kang等^[113]报道了一种可植入大脑的多功能硅传感器(图 4d)，能够连续监测颅内压和温度等参数。而且，该传感器所有组成材料都能够通过水解或代谢作用被人体自然吸收，避免了因长期植入装置或移除装置所产生的风险。

  3.2   人工智能和人机交互

  人手能够通过大脑控制完成一些比较复杂的动作，比如打字、穿衣、打球、抓取物品等。然而，皮肤损伤或者截肢会使人的感觉功能和运动功能丧失。将电子皮肤传感器阵列安装在机械手表面，可以给用户提供感觉和运动功能，使用户能够感知触觉刺激并根据感知到的信息控制假肢^[115]。同时，机器人是另一个关键领域，自其出现以来就能够从事危险、费力和娱乐的工作。事实上，赋予机器人像人一样的感知能力是智能机器人的基础，因此迫切需要开发具有多功能性能的柔性传感器。

  例如，Zhang等^[8]开发了基于微结构骨架支撑的有机热电(MFSOTE)材料的压力-温度双功能柔性传感器。为了满足可穿戴智能系统要求，该团队使用印章打印的方法构建了一个12×12像素MFSOTE阵列，并将其佩戴在假手与手指上检测温度和压力(图 5a)。MFSOTE器件具有出色的传感性能、突出的灵活性和自供电特性，使其在人工智能中具有广阔的应用前景。

  图 5

  

  图 5.  (a) 柔性MFSOTE矩阵的照片和性能^[8]; (b) 软机器人手指设计及其材料识别性能^[31]; (c) 用于用户交互应用的可视化双功能传感器^[11]

  Figure 5.  (a) Photographs and performance of flexible MFSOTE matrixes^[8]; (b) Design of the multifunctional soft robotic finger and its material recognition performance^[31]; (c) Visual dual-functional sensor for user-interactive applications^[11]

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  利用获取的温度和压力信息，人体皮肤能达到材料识别的目的。通过模仿人体皮肤，Yang等^[31]设计了一种内置纳米级压力-温度触觉传感器的多功能软机器人手指，通过测量指尖表面的温度变化率和手指接触物体的接触压力来区分材料。利用人工神经网络对多功能软指获得的数据进行分类，识别准确率分别高达92.7%和95.9%(图 5b)，展示了多功能软体机械手指在材料识别领域的潜在应用。

  将机械力对人体产生的触觉变化转换为视觉变化，能够更加直观地感受传感的结果，为进一步实现可视化多功能传感器提供基础。Ma等^[11]通过结合光学和电子学的不同的传感机制，制备了具有双峰传感和发光功能的柔性传感器，不仅可以感知温度和压力的外部刺激，还可以将压力转换为加密信息，并使用定制开发的应用程序将数据从用户交互设备无线传输到智能手机(图 5c)。该设备的信号区分和发光特性保证了视觉用户与机器人的交互，对人工智能以及人机交互具有重要意义。

  4.   总结与展望

  综上所述，双功能柔性传感器因其独特优势，引起人们广泛关注。本文对压力-温度双功能柔性传感器的传感机制、设计策略以及最新应用进行探究和分析。介绍了压力-温度传感器的传感机制，包括电信号机制(电阻机制、电压机制、电容机制)和非电信号机制(光机制、磁机制)，分析了它们的独特优势和局限性。同时，探究了构建双功能传感器的方法，主要包括垂直堆叠或集成2个或多个传感器以及使用单个双功能传感器2种策略。前者结构复杂，难以大规模制备；后者则更加依赖于材料选择，例如将碳材料、金属材料和导电聚合物等用作传感材料实现双功能传感，引入互锁微结构和多孔结构进一步提高双功能传感器的性能。最后，探讨了压力-温度双功能柔性传感器在人体运动检测、健康监测以及人工智能和人机交互等领域的广泛应用。然而，尽管取得了重大进展，目前对多种刺激产生无干扰响应信号的柔性传感器的研究仍处于起步阶段，未来发展仍然面临着一些需要解决的关键问题：

  (1) 信号耦合。利用单个双功能传感器同时检测压力和温度时，往往会产生信号耦合，这是一个需要解决的重要问题。通过传感机制、材料选择和结构设计等优化组合，有望制造出具有可区分输出信号、传感性能优异的柔性双功能传感器。最近的研究也表明，使用机器学习算法能够分析响应信号的差异，或许能为实现压力-温度双功能柔性传感器存在的信号耦合问题提供一些解决思路。

  (2) 从实验室到实际应用。在实际应用中，由于环境复杂，因此无法保证传感器不受到其他因素的干扰。对于压力-温度双功能传感器，在实验室检测性能时，很少会探究传感器是否对其他刺激(如湿度、应变等)产生响应。同时，大多数柔性传感器是通过手工制造，人为因素导致的误差很可能会使传感器性能的可重复性降低。而且，能够检测更多刺激的多功能柔性传感器，其结构复杂，生产成本高。为解决以上问题，可以利用性能稳定的传感材料和简单的结构来制备双功能传感器，使其便于实际应用。此外，柔性传感器的高质量封装也是关键，在实际工作中，长期使用会使传感器产生磨损，封装层对输出信号的稳定性有不可忽视的影响，在今后的研究中应仔细考虑。

  (3) 绿色环保和可持续发展。持续监测人体生理参数，使用具有生物相容性、透气性、环境友好性的材料至关重要。同时，制备的传感器大多数含有难以生物降解的合成聚合物，不符合可持续发展的倡导。因此，选择绿色环保且性能优异的材料是实现柔性传感器可持续发展的关键一步。例如，将导电CNTs和细菌纤维素混合，能够制备机械强度高、可生物降解和可清洗的纤维素基导电纤维线。开发更多具有导电性、可拉伸性和可降解性的新材料会极大推动不可回收材料到绿色可降解功能材料的转变。

  总而言之，虽然目前双功能柔性传感器还存在一些不足之处，但其在很大程度上推动了智能时代的发展。本文期望可以引起读者对双功能柔性传感器的研究兴趣，并为研究者们提供一些参考。

  
  
• 1. [1]

     Wang P, Yu W, Li G X, Meng C Z, Guo S J. Printable, flexible, breathable and sweatproof bifunctional sensors based on an all-nanofiber platform for fully decoupled pressure-temperature sensing application[J]. Chem. Eng. J., 2023, 452:  139174. doi: 10.1016/j.cej.2022.139174

  2. [2]

     Chen J X, Wen H J, Zhang G L, Lei F, Feng Q, Liu Y, Cao X D, Dong H. Multifunctional conductive hydrogel/thermochromic elastomer hybrid fibers with a core-shell segmental configuration for wearable strain and temperature sensors[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12(6):  7565-7574. doi: 10.1021/acsami.9b20612

  3. [3]

     Xie Y S, Xie R, Yang H C, Chen Z W, Hou J W, López-Barrón C R, Wagner N J, Gao K Z. Iono-elastomer-based wearable strain sensor with real-time thermomechanical dual response[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10(38):  32435-32443. doi: 10.1021/acsami.8b10672

  4. [4]

     Chen J W, Wang F, Zhu G X, Wang C B, Cui X H, Xi M, Chang X H, Zhu Y T. Breathable strain/temperature sensor based on fibrous networks of ionogels capable of monitoring human motion, respiration, and proximity[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13(43):  51567-51577. doi: 10.1021/acsami.1c16733

  5. [5]

     Lin M Z, Zheng Z J, Yang L, Luo M S, Fu L H, Lin B F, Xu C H. A high-performance, sensitive, wearable multifunctional sensor based on rubber/CNT for human motion and skin temperature detection[J]. Adv. Mater., 2022, 34(1):  2107309. doi: 10.1002/adma.202107309

  6. [6]

     Pang Z J, Zhao Y, Luo N Q, Chen D H, Chen M. Flexible pressure and temperature dual-mode sensor based on buckling carbon nanofibers for respiration pattern recognition[J]. Sci. Rep., 2022, 12(1):  17434. doi: 10.1038/s41598-022-21572-y

  7. [7]

     Oh Y S, Kim J H, Xie Z Q, Cho S, Han H, Jeon S W, Park M, Namkoong M, Avila R, Song Z, Lee S U, Ko K, Lee J, Lee J S, Min W G, Lee B J, Choi M, Chung H, Kim J, Han M D, Koo J, Choi Y S, Kwak S S, Kim SB, Kim J, Choi J, Kang C M, Kim J U, Kwon K, Won S M, Baek J M, Lee Y, Kim S Y, Lu W, Vazquez-Guardado A, Jeong H, Ryu H, Lee G, Kim K, Kim S, Kim M S, Choi J, Choi D Y, Yang Q S, Zhao H B, Bai W B, Jang H, Yu Y, Lim J, Guo X, Kim B H, Jeon S, Davies C, Banks A, Sung H J, Huang Y, Park I, Rogers J A. Battery-free, wireless soft sensors for continuous multi-site measurements of pressure and temperature from patients at risk for pressure injuries[J]. Nat. Commun., 2021, 12(1):  5008. doi: 10.1038/s41467-021-25324-w

  8. [8]

     Zhang F J, Zang Y P, Huang D Z, Di C A, Zhu D B. Flexible and self-powered temperature-pressure dual-parameter sensors using microstructure-frame-supported organic thermoelectric materials[J]. Nat. Commun., 2015, 6(1):  8356. doi: 10.1038/ncomms9356

  9. [9]

     Yin Y M, Wang Y L, Li H Y, Xu J, Zhang C, Li X, Cao J W, Feng H F, Zhu G. A flexible dual parameter sensor with hierarchical porous structure for fully decoupled pressure-temperature sensing[J]. Chem. Eng. J., 2022, 430:  133158. doi: 10.1016/j.cej.2021.133158

  10. [10]

      Chen Y F, Lei H, Gao Z Q, Liu J Y, Zhang F J, Wen Z, Sun X H. Energy autonomous electronic skin with direct temperature-pressure perception[J]. Nano Energy, 2022, 98:  107273. doi: 10.1016/j.nanoen.2022.107273

  11. [11]

      Ma X L, Wang C F, Wei R L, He J Q, Li J, Liu X H, Huang F C, Ge S P, Tao J, Yuan Z Q, Chen P, Peng D F, Pan C F. Bimodal tactile sensor without signal fusion for user-interactive applications[J]. ACS Nano, 2022, 16(2):  2789-2797. doi: 10.1021/acsnano.1c09779

  12. [12]

      Lee S, Franklin S, Hassani F A, Yokota T, Nayeem M O G, Wang Y, Leib R, Cheng G, Franklin D W, Someya T. Nanomesh pressure sensor for monitoring finger manipulation without sensory interference[J]. Science, 2020, 370(6519):  966-970. doi: 10.1126/science.abc9735

  13. [13]

      Huang Y X, Peng C, Li Y, Yang Y Z, Feng W. Elastomeric polymers for conductive layers of flexible sensors: Materials, fabrication, performance, and applications[J]. Aggregate, 2023, 4(4):  e319. doi: 10.1002/agt2.319

  14. [14]

      Zhang Y, Yang J L, Hou X Y, Li G, Wang L, Bai N N, Cai M K, Zhao L Y, Wang Y, Zhang J M, Chen K, Wu X, Yang C H, Dai Y, Zhang Z Y, Guo C F. Highly stable flexible pressure sensors with a quasi-homogeneous composition and interlinked interfaces[J]. Nat. Commun., 2022, 13(1):  1317. doi: 10.1038/s41467-022-29093-y

  15. [15]

      Chen R, Luo T, Wang J C, Wang R P, Zhang C, Xie Y, Qin L F, Yao H M, Zhou W. Nonlinearity synergy: An elegant strategy for realizing high-sensitivity and wide-linear-range pressure sensing[J]. Nat. Commun., 2023, 14(1):  6641. doi: 10.1038/s41467-023-42361-9

  16. [16]

      Ha K H, Zhang W Y, Jang H, Kang S, Wang L, Tan P, Hwang H, Lu N S. Highly sensitive capacitive pressure sensors over a wide pressure range enabled by the hybrid responses of a highly porous nanocomposite[J]. Adv. Mater., 2021, 33(48):  2103320. doi: 10.1002/adma.202103320

  17. [17]

      Sun X, Qin Z H, Ye L, Zhang H T, Yu Q Y, Wu X J, Li J J, Yao F L. Carbon nanotubes reinforced hydrogel as flexible strain sensor with high stretchability and mechanically toughness[J]. Chem. Eng. J., 2020, 382:  122832. doi: 10.1016/j.cej.2019.122832

  18. [18]

      Chen J, Zhang J J, Luo Z B, Zhang J Y, Li L, Su Y, Gao X, Li Y T, Tang W, Cao C J, Liu Q H, Wang L, Li H. Superelastic, sensitive, and low hysteresis flexible strain sensor based on wave-patterned liquid metal for human activity monitoring[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12(19):  22200-22211. doi: 10.1021/acsami.0c04709

  19. [19]

      Yao X, Zhang S F, Qian L W, Wei N, Nica V, Coseri S, Han F. Super stretchable, self-healing, adhesive ionic conductive hydrogels based on tailor-made ionic liquid for high-performance strain sensors[J]. Adv. Funct. Mater., 2022, 32(33):  2204565. doi: 10.1002/adfm.202204565

  20. [20]

      Shin J, Jeong B, Kim J, Nam V B, Yoon Y, Jung J, Hong S, Lee H, Eom H, Yeo J, Choi J, Lee D, Ko S H. Sensitive wearable temperature sensor with seamless monolithic integration[J]. Adv. Mater., 2020, 32(2):  1905527. doi: 10.1002/adma.201905527

  21. [21]

      Lu Y F, Zhang H J, Zhao Y, Liu H D, Nie Z T, Xu F, Zhu J X, Huang W. Robust fiber-shaped flexible temperature sensors for safety monitoring with ultrahigh sensitivity[J]. Adv. Mater., 2024, :  2310613.

  22. [22]

      Lu Y Y, Yang G, Shen Y J, Yang H Y, Xu K C. Multifunctional flexible humidity sensor systems towards noncontact wearable electronics[J]. Nanomicro Lett., 2022, 14(1):  150.

  23. [23]

      Wang D Y, Zhang D Z, Li P, Yang Z M, Mi Q, Yu L D. Electrospinning of flexible poly(vinyl alcohol)/MXene nanofiber-based humidity sensor self-powered by monolayer molybdenum diselenide piezoelectric nanogenerator[J]. Nanomicro Lett., 2021, 13(1):  57.

  24. [24]

      Zhang D Z, Xu Z Y, Yang Z M, Song X S. High-performance flexible self-powered tin disulfide nanoflowers/reduced graphene oxide nanohybrid-based humidity sensor driven by triboelectric nanogenerator[J]. Nano Energy, 2020, 67:  104251. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104251

  25. [25]

      Yi N, Cheng Z, Li H, Yang L, Zhu J, Zheng X Q, Chen Y, Liu Z D, Zhu H L, Cheng H Y. Stretchable, ultrasensitive, and low-temperature NO₂ sensors based on MoS₂@rGO nanocomposites[J]. Mater. Today Phys., 2020, 15:  100265. doi: 10.1016/j.mtphys.2020.100265

  26. [26]

      Wu Z X, Ding Q L, Wang H, Ye J D, Luo Y B, Yu J H, Zhan R Z, Zhang H, Tao K, Liu C, Wu J. A humidity-resistant, sensitive, and stretchable hydrogel-based oxygen sensor for wireless health and environmental monitoring[J]. Adv. Funct. Mater., 2024, 34(6):  2308280. doi: 10.1002/adfm.202308280

  27. [27]

      Yang R X, Zhang W Q, Tiwari N, Yan H, Li T J, Cheng H Y. Multimodal sensors with decoupled sensing mechanisms[J]. Adv. Sci., 2022, 9(26):  2202470. doi: 10.1002/advs.202202470

  28. [28]

      Zhu J X, Zhang X M, Wang R, Wang M, Chen P, Cheng L L, Wu Z H, Wang Y Z, Liu Q, Liu M. A heterogeneously integrated spiking neuron array for multimode-fused perception and object classification[J]. Adv. Mater., 2022, 34(24):  2200481. doi: 10.1002/adma.202200481

  29. [29]

      Han H, Oh Y S, Cho S, Park H, Lee S U, Ko K, Park J M, Choi J, Ha J H, Han C, Zhao Z C, Liu Z J, Xie Z Q, Lee J S, Min W G, Lee B J, Koo J, Choi D Y, Je M, Sun J Y, Park I. Battery-free, wireless, ionic liquid sensor arrays to monitor pressure and temperature of patients in bed and wheelchair[J]. Small, 2023, 19(9):  2205048. doi: 10.1002/smll.202205048

  30. [30]

      Chen Z X, Yang Z T, Yu T Y, Wei Z B, Ji C, Zhao B B, Yu T, Yang W D, Li Y. Sandwich-structured flexible PDMS@graphene multimodal sensors capable of strain and temperature monitoring with superlative temperature range and sensitivity[J]. Compos. Sci. Technol., 2023, 232:  109881. doi: 10.1016/j.compscitech.2022.109881

  31. [31]

      Yang W T, Xie M Y, Zhang X S, Sun X Y, Zhou C, Chang Y, Zhang H N, Duan X X. Multifunctional soft robotic finger based on a nanoscale flexible temperature-pressure tactile sensor for material recognition[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13(46):  55756-55765. doi: 10.1021/acsami.1c17923

  32. [32]

      Zheng Q B, Lee J H, Shen X, Chen X D, Kim J K. Graphene-based wearable piezoresistive physical sensors[J]. Mater. Today, 2020, 36:  158-179. doi: 10.1016/j.mattod.2019.12.004

  33. [33]

      Cheng L, Qian W, Wei L, Zhang H J, Zhao T Y, Li M, Liu A P, Wu H P. A highly sensitive piezoresistive sensor with interlocked graphene microarrays for meticulous monitoring of human motions[J]. J. Mater. Chem. C, 2020, 8(33):  11525-11531. doi: 10.1039/D0TC02539A

  34. [34]

      Li F, Xue H, Lin X Z, Zhao H R, Zhang T. Wearable temperature sensor with high resolution for skin temperature monitoring[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14(38):  43844-43852. doi: 10.1021/acsami.2c15687

  35. [35]

      Fan W, Liu T, Wu F, Wang S J, Ge S B, Li Y H, Liu J L, Ye H R, Lei R X, Wang C, Che Q L, Li Y. An antisweat interference and highly sensitive temperature sensor based on poly(3, 4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) fiber coated with polyurethane/graphene for real-time monitoring of body temperature[J]. ACS Nano, 2023, 17(21):  21073-21082. doi: 10.1021/acsnano.3c04246

  36. [36]

      Duan S S, Wu J, Xia J, Lei W. Innovation strategy selection facilitates high-performance flexible piezoelectric sensors[J]. Sensors, 2020, 20(10):  2820. doi: 10.3390/s20102820

  37. [37]

      Hosseini E S. , Manjakkal L, Shakthivel D, Dahiya R[J]. Glycine-chitosan-based flexible biodegradable piezoelectric pressure sensor. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12(8):  9008-9016.

  38. [38]

      Zhou P R, Zheng Z P, Wang B Q, Guo Y P. Self-powered flexible piezoelectric sensors based on self-assembled 10 nm BaTiO₃ nanocubes on glass fiber fabric[J]. Nano Energy, 2022, 99:  107400. doi: 10.1016/j.nanoen.2022.107400

  39. [39]

      Lei H, Chen Y F, Gao Z Q, Wen Z, Sun X H. Advances in self-powered triboelectric pressure sensors[J]. J. Mater. Chem. A, 2021, 9(36):  20100-20130. doi: 10.1039/D1TA03505C

  40. [40]

      Fan F R, Tian Z Q, Wang Z L. Flexible triboelectric generator[J]. Nano Energy, 2012, 1(2):  328-334. doi: 10.1016/j.nanoen.2012.01.004

  41. [41]

      Fan F R, Lin L, Zhu G, Wu W Z, Zhang R, Wang Z L. Transparent triboelectric nanogenerators and self-powered pressure sensors based on micropatterned plastic films[J]. Nano Lett., 2012, 12(6):  3109-3114. doi: 10.1021/nl300988z

  42. [42]

      Zhang M D, Tan Z F, Zhang Q L, Shen Y T, Mao X, Wei L, Sun R J, Zhou F L, Liu C K. Flexible self-powered friction piezoelectric sensor based on structured PVDF-based composite nanofiber membranes[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2023, 15(25):  30849-30858. doi: 10.1021/acsami.3c05540

  43. [43]

      Li W D, Ke K, Jia J, Pu J H, Zhao X, Bao R Y, Liu Z Y, Bai L, Zhang K, Yang M B, Yang W. Recent advances in multiresponsive flexible sensors towards e-skin: A delicate design for versatile sensing[J]. Small, 2022, 18(7):  2103734. doi: 10.1002/smll.202103734

  44. [44]

      Ma M Y, Zhang Z, Zhao Z N, Liao Q L, Kang Z, Gao F F, Zhao X, Zhang Y. Self-powered flexible antibacterial tactile sensor based on triboelectric-piezoelectric-pyroelectric multi-effect coupling mechanism[J]. Nano Energy, 2019, 66:  104105. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104105

  45. [45]

      Bajzek T J. Thermocouples: A sensor for measuring temperature[J]. IEEE Instrum. Meas. Mag., 2005, 8(1):  35-40. doi: 10.1109/MIM.2005.1405922

  46. [46]

      Li M, Xiong Y C, Wei H X, Yao F J, Han Y, Du Y J, Xu D Y. Flexible Te/PEDOT∶PSS thin films with high thermoelectric power factor and their application as flexible temperature sensors[J]. Nanoscale, 2023, 15(26):  11237-11246. doi: 10.1039/D3NR01516E

  47. [47]

      Han R H, Liu Y, Mo Y P, Xu H C, Yang Z W, Bao R R, Pan C F. High anti-jamming flexible capacitive pressure sensors based on core-shell structured AgNWs@TiO₂[J]. Adv. Funct. Mater., 2023, 33(51):  2305531. doi: 10.1002/adfm.202305531

  48. [48]

      Shang C, Fu B, Tuo J L, Guo X Y, Li Z Z, Wang Z X, Xu L J, Guo J J. Soft biomimetic fiber-optic tactile sensors capable of discriminating temperature and pressure[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2023, 15(46):  53264-53272. doi: 10.1021/acsami.3c12712

  49. [49]

      Zhang P F, Wu J X, Zhao L, Guo Z Y, Tang H T, Wang Z F, Liu Z C, Chen W B, Xu X H. Environmentally stable and self-recovery flexible composite mechanical sensor based on mechanoluminescence[J]. ACS Sustainable Chem. Eng., 2023, 11(10):  4073-4081. doi: 10.1021/acssuschemeng.2c05955

  50. [50]

      Chen C J, Zhuang Y X, Li X Y, Lin F Y, Peng D F, Tu D, Xie A, Xie R J. Achieving remote stress and temperature dual-modal imaging by double-lanthanide-activated mechanoluminescent materials[J]. Adv. Funct. Mater., 2021, 31(25):  2101567. doi: 10.1002/adfm.202101567

  51. [51]

      Liu Y C, Sun L, Feng W W, Jin Z K, Wang C. A stable, self-healable, and stretchable dielectric polymer for electroluminescent device working underwater[J]. Adv. Funct. Mater., 2024, 34(40):  2402453. doi: 10.1002/adfm.202402453

  52. [52]

      Tsuneyasu S, Takeda N, Satoh T. Novel powder electroluminescent device enabling control of emission color by thermal response[J]. J. Soc. Inf. Disp., 2021, 29(3):  207-212. doi: 10.1002/jsid.967

  53. [53]

      Xie F J, Lu F, Tian Y, Zhang X, Wang Y Q, Zheng L Q, Gao X P. Thermochromic-based bimodal sensor for strain-insensitive temperature sensing and synchronous strain sensing[J]. Chem. Eng. J., 2023, 471:  144504. doi: 10.1016/j.cej.2023.144504

  54. [54]

      Li S J, Cui X Y, Yang Y Y. Oblique pyramid microstructure-patterned flexible sensors for pressure and visual temperature sensing[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2023, 15(51):  59760-59767. doi: 10.1021/acsami.3c12625

  55. [55]

      Man J D, Jin Z H, Chen J M. Magnetic tactile sensor with bionic hair array for sliding sensing and object recognition[J]. Adv. Sci., 2024, 11(12):  2306832. doi: 10.1002/advs.202306832

  56. [56]

      Jung M Y, Kim K, Kim B, Cheong H, Shin K, Kwon O S, Park J J, Jeon S. Paper-based bimodal sensor for electronic skin applications[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9(32):  26974-26982. doi: 10.1021/acsami.7b05672

  57. [57]

      Zhu H D, Luo H Y, Cai M, Song J Z. A multifunctional flexible tactile sensor based on resistive effect for simultaneous sensing of pressure and temperature[J]. Adv. Sci., 2024, 11(6):  2307693. doi: 10.1002/advs.202307693

  58. [58]

      Chen L G, Xu Y Q, Liu Y F, Wang J, Chen J W, Chang X H, Zhu Y T. Flexible and transparent electronic skin sensor with sensing capabilities for pressure, temperature, and humidity[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2023, 15(20):  24923-24932. doi: 10.1021/acsami.3c03829

  59. [59]

      Wang X C, Chen G X, Zhang K L, Li R A, Jiang Z H, Zhou H Y, Gan J L, He M H. Self-healing multimodal flexible optoelectronic fiber sensors[J]. Chem. Mater., 2023, 35(3):  1345-1354. doi: 10.1021/acs.chemmater.2c03396

  60. [60]

      Guo H T, Chen Y M, Li Y, Zhou W, Xu W H, Pang L, Fan X M, Jiang S H. Electrospun fibrous materials and their applications for electromagnetic interference shielding: A review[J]. Compos. Pt. A- Appl. Sci. Manuf., 2021, 143:  106309. doi: 10.1016/j.compositesa.2021.106309

  61. [61]

      Wang S, Wang X Y, Wang Q, Ma S Q, Xiao J L, Liu H T, Pan J, Zhang Z, Zhang L. Flexible optoelectronic multimodal proximity/pressure/temperature sensors with low signal interference[J]. Adv. Mater., 2023, 35(49):  2304701. doi: 10.1002/adma.202304701

  62. [62]

      Yang H, Wei Y, Ju H N, Huang X R, Li J, Wang W, Peng D F, Tu D, Li G G. Microstrain-stimulated elastico-mechanoluminescence with dual-mode stress sensing[J]. Adv. Mater., 2024, 36(26):  2401296. doi: 10.1002/adma.202401296

  63. [63]

      Zhang X, Ai J W, Zou R P, Su B. Compressible and stretchable magnetoelectric sensors based on liquid metals for highly sensitive, self-powered respiratory monitoring[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13(13):  15727-15737. doi: 10.1021/acsami.1c04457

  64. [64]

      Zhang L, Tong L M. A bioinspired flexible optical sensor for force and orientation sensing[J]. Opto-Electron. Adv., 2023, 6(5):  230051. doi: 10.29026/oea.2023.230051

  65. [65]

      Yokota T, Fukuda K, Someya T. Recent progress of flexible image sensors for biomedical applications[J]. Adv. Mater., 2021, 33(19):  2004416. doi: 10.1002/adma.202004416

  66. [66]

      Yan Y C, Hu Z, Yang Z B, Yuan W Z, Song C Y, Pan J, Shen Y J. Soft magnetic skin for super-resolution tactile sensing with force self-decoupling[J]. Sci. Robot., 2021, 6(51):  eabc8801. doi: 10.1126/scirobotics.abc8801

  67. [67]

      Zhao S, Zhu R. Electronic skin with multifunction sensors based on thermosensation[J]. Adv. Mater., 2017, 29(15):  1606151. doi: 10.1002/adma.201606151

  68. [68]

      Li Y X, Wang R R, Wang G E, Feng S Y, Shi W G, Cheng Y, Shi L J, Fu K Y, Sun J. Mutually noninterfering flexible pressure-temperature dual-modal sensors based on conductive metal-organic framework for electronic skin[J]. ACS Nano, 2022, 16(1):  473-484. doi: 10.1021/acsnano.1c07388

  69. [69]

      Wang Y, Wu H T, Xu L, Zhang H N, Yang Y, Wang Z L. Hierarchically patterned self-powered sensors for multifunctional tactile sensing[J]. Sci. Adv., 2020, 6(34):  eabb9083. doi: 10.1126/sciadv.abb9083

  70. [70]

      Wu J H, Fan X Q, Liu X, Ji X Y, Shi X L, Wu W B, Yue Z, Liang J J. Highly sensitive temperature-pressure bimodal aerogel with stimulus discriminability for human physiological monitoring[J]. Nano Lett., 2022, 22(11):  4459-4467. doi: 10.1021/acs.nanolett.2c01145

  71. [71]

      Miao P, Wang J, Zhang C C, Sun M Y, Cheng S S, Liu H. Graphene nanostructure-based tactile sensors for electronic skin applications[J]. Nanomicro Lett., 2019, 11(1):  71.

  72. [72]

      Han S Q, Zhou S Y, Mei L Y, Guo M L, Zhang H Y, Li Q N, Zhang S, Niu Y K, Zhuang Y, Geng W P, Bi K X, Chou X J. Nanoelectromechanical temperature sensor based on piezoresistive properties of suspended graphene film[J]. Nanomaterials, 2023, 13(6):  1103. doi: 10.3390/nano13061103

  73. [73]

      Afroze J D, Tong L Y, Abden M J, Chen Y. Multifunctional hierarchical graphene-carbon fiber hybrid aerogels for strain sensing and energy storage[J]. Adv. Compos. Hybrid Mater., 2022, 6(1):  18.

  74. [74]

      He S S, Hong Y, Liao M, Li Y C, Qiu L B, Peng H S. Flexible sensors based on assembled carbon nanotubes[J]. Aggregate, 2021, 2(6):  e143. doi: 10.1002/agt2.143

  75. [75]

      Sharma S, Pradhan G B, Jeong S, Zhang S P, Song H, Park J Y. Stretchable and all-directional strain-insensitive electronic glove for robotic skins and human-machine interfacing[J]. ACS Nano, 2023, 17(9):  8355-8366. doi: 10.1021/acsnano.2c12784

  76. [76]

      Zhang H N, Zhang Q C, Liang J, Li B, Zang J B, Cao X Y, Gao L B, Zhang Z D, Miao X Y, Xue C Y. Pressure and temperature dual- parameter sensor based on natural wood for portable health-monitoring devices[J]. ACS Sustainable Chem. Eng., 2023, 11(45):  16194-16204. doi: 10.1021/acssuschemeng.3c04237

  77. [77]

      Veeralingam S, Badhulika S. Bi₂S₃/PVDF/Ppy-based freestanding, wearable, transient nanomembrane for ultrasensitive pressure, strain, and temperature sensing[J]. ACS Appl. Bio Mater., 2021, 4(1):  14-23. doi: 10.1021/acsabm.0c01399

  78. [78]

      Gao X Z, Gao F L, Liu J, Li Y J, Wan P B, Yu Z Z, Li X F. Self-powered resilient porous sensors with thermoelectric poly(3, 4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) and carbon nanotubes for sensitive temperature and pressure dual-mode sensing[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14(38):  43783-43791. doi: 10.1021/acsami.2c12892

  79. [79]

      Meng X Y, Mo L X, Han S B, Zhao J, Pan Y Q, Wang F D, Fang Y, Li L H. Pressure-temperature dual-parameter flexible sensors based on conformal printing of conducting polymer PEDOT∶PSS on microstructured substrate[J]. Adv. Mater. Interfaces, 2023, 10(5):  2201927. doi: 10.1002/admi.202201927

  80. [80]

      Park J, Kim M, Lee Y, Lee H S, Ko H. Fingertip skin-inspired microstructured ferroelectric skins discriminate static/dynamic pressure and temperature stimuli[J]. Sci. Adv., 2015, 1(9):  e1500661. doi: 10.1126/sciadv.1500661

  81. [81]

      Yuan T K, Yin R L, Li C W, Wang C, Fan Z, Pan L J. Fully inkjet-printed dual-mode sensor for simultaneous pressure and temperature sensing with high decoupling[J]. Chem. Eng. J., 2023, 473:  145475. doi: 10.1016/j.cej.2023.145475

  82. [82]

      Gao F L, Liu J, Li X P, Ma Q, Zhang T T, Yu Z Z, Shang J, Li R W, Li X F. Ti₃C₂T_x MXene-based multifunctional tactile sensors for precisely detecting and distinguishing temperature and pressure stimuli[J]. ACS Nano, 2023, 17(16):  16036-16047. doi: 10.1021/acsnano.3c04650

  83. [83]

      Bae G Y, Han J T, Lee G, Lee S, Kim S W, Park S, Kwon J, Jung S, Cho K. Pressure/temperature sensing bimodal electronic skin with stimulus discriminability and linear sensitivity[J]. Adv. Mater., 2018, 30(43):  1803388. doi: 10.1002/adma.201803388

  84. [84]

      An B W, Heo S, Ji S, Bien F, Park J U. Transparent and flexible fingerprint sensor array with multiplexed detection of tactile pressure and skin temperature[J]. Nat. Commun., 2018, 9(1):  2458. doi: 10.1038/s41467-018-04906-1

  85. [85]

      Li L T, Zhu G X, Wang J, Chen J W, Zhao G Y, Zhu Y T. A flexible and ultrasensitive interfacial iontronic multisensory sensor with an array of unique "cup-shaped" microcolumns for detecting pressure and temperature[J]. Nano Energy, 2023, 105:  108012. doi: 10.1016/j.nanoen.2022.108012

  86. [86]

      Wang J, Cui X H, Song Y J, Chen J W, Zhu Y T. Flexible iontronic sensors with high-precision and high-sensitivity detection for pressure and temperature[J]. Compos. Commun., 2023, 39:  101544. doi: 10.1016/j.coco.2023.101544

  87. [87]

      Mokhtar S M A, Eulate E A D, Yamada M, Prow T W, Evans D R. Conducting polymers in wearable devices[J]. Med. Devices Sens., 2021, 4(1):  e10160. doi: 10.1002/mds3.10160

  88. [88]

      Zhou K K, Dai K, Liu C T, Shen C Y. Flexible conductive polymer composites for smart wearable strain sensors[J]. SmartMat, 2020, 1(1):  e1010. doi: 10.1002/smm2.1010

  89. [89]

      Li M F, Chen J X, Zhong W B, Luo M Y, Wang W, Qing X, Lu Y, Liu Q Z, Liu K, Wang Y D, Wang D. Large-area, wearable, self-powered pressure-temperature sensor based on 3D thermoelectric spacer fabric[J]. ACS Sens., 2020, 5(8):  2545-2554. doi: 10.1021/acssensors.0c00870

  90. [90]

      Wang Y L, Mao H Y, Wang Y, Zhu P C, Liu C H, Deng Y. 3D geometrically structured PANI/CNT-decorated polydimethylsiloxane active pressure and temperature dual-parameter sensors for man- machine interaction applications[J]. J. Mater. Chem. A, 2020, 8(30):  15167-15176. doi: 10.1039/D0TA05651K

  91. [91]

      Zhu P C, Wang Y L, Wang Y, Mao H Y, Zhang Q, Deng Y. Flexible 3D architectured piezo/thermoelectric bimodal tactile sensor array for e-skin application[J]. Adv. Energy Mater., 2020, 10(39):  2001945. doi: 10.1002/aenm.202001945

  92. [92]

      Jin X Z, Li H, Wang Y, Yang Z Y, Qi X D, Yang J H, Wang Yong. Ultraflexible PEDOT∶PSS/helical carbon nanotubes film for all-in-one photothermoelectric conversion[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14(23):  27083-27095. doi: 10.1021/acsami.2c05875

  93. [93]

      Xu C, Yang S W, Li P C, Wang H, Li H, Liu Z T. Wet-spun PEDOT∶PSS/CNT composite fibers for wearable thermoelectric energy harvesting[J]. Compos. Commun., 2022, 32:  101179. doi: 10.1016/j.coco.2022.101179

  94. [94]

      Zhang M, Cao X Y, Wen M, Chen C L, Wen Q C, Fu Q, Deng H. Highly electrical conductive PEDOT∶PSS/SWCNT flexible thermoelectric films fabricated by a high-velocity non-solvent turbulent secondary doping approach[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2023, 15(8):  10947-10957. doi: 10.1021/acsami.2c21025

  95. [95]

      Zhang L, Xia B J, Shi X L, Liu W D, Yang Y L, Hou X J, Ye X H, Suo G Q, Chen Z G. Achieving high thermoelectric properties in PEDOT∶PSS/SWCNTs composite films by a combination of dimethyl sulfoxide doping and NaBH₄ dedoping[J]. Carbon, 2022, 196:  718-726. doi: 10.1016/j.carbon.2022.05.043

  96. [96]

      Jeong C, Ko H, Kim H T, Sun K, Kwon T H, Jeong H E, Park Y B. Bioinspired, high-sensitivity mechanical sensors realized with hexagonal microcolumnar arrays coated with ultrasonic-sprayed single-walled carbon nanotubes[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12(16):  18813-18822. doi: 10.1021/acsami.9b23370

  97. [97]

      Qiu Y, Tian Y, Sun S S, Hu J H, Wang Y Y, Zhang Z, Liu A P, Cheng H Y, Gao W Z, Zhang W A, Chai H, Wu H P. Bioinspired, multifunctional dual-mode pressure sensors as electronic skin for decoding complex loading processes and human motions[J]. Nano Energy, 2020, 78:  105337. doi: 10.1016/j.nanoen.2020.105337

  98. [98]

      Bai N N, Wang L, Xue Y H, Wang Y, Hou X Y, Li G, Zhang Y, Cai M K, Zhao L Y, Guan F Y, Wei X Y, Guo C F. Graded interlocks for iontronic pressure sensors with high sensitivity and high linearity over a broad range[J]. ACS Nano, 2022, 16(3):  4338-4347. doi: 10.1021/acsnano.1c10535

  99. [99]

      Lu L S, Zhao Y H, Lin N, Xie Y X. Skin-inspired flexible pressure sensor with hierarchical interlocked spinosum microstructure by laser direct writing for high sensitivity and large linearity[J]. Sens. Actuator A-Phys., 2024, 366:  114988. doi: 10.1016/j.sna.2023.114988

  100. [100]

       Xu Y Q, Chen L R, Chen J W, Chang X H, Zhu Y T. Flexible and transparent pressure/temperature sensors based on ionogels with bioinspired interlocked microstructures[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14(1):  2122-2131. doi: 10.1021/acsami.1c22428

  101. [101]

       Shin Y E, Park Y J, Ghosh S K, Lee Y, Park J, Ko H. Ultrasensitive multimodal tactile sensors with skin-inspired microstructures through localized ferroelectric polarization[J]. Adv. Sci., 2022, 9(9):  2105423. doi: 10.1002/advs.202105423

  102. [102]

       Han S B, Jiao F, Khan Z U, Edberg J, Fabiano S, Crispin X. Thermoelectric polymer aerogels for pressure-temperature sensing applications[J]. Adv. Funct. Mater., 2017, 27(44):  1703549. doi: 10.1002/adfm.201703549

  103. [103]

       Zu G Q, Kanamori K, Nakanishi K, Huang J. Superhydrophobic ultraflexible triple-network graphene/polyorganosiloxane aerogels for a high-performance multifunctional temperature/strain/pressure sensing array[J]. Chem. Mater., 2019, 31(16):  6276-6285. doi: 10.1021/acs.chemmater.9b02437

  104. [104]

       Hong Q, Liu T Q, Guo X H, Yan Z H, Li W, Liu L, Wang D, Hong W Q, Qian Z B, Zhang A Q, Wang Z A, Li X H, Wang D D, Mai Z H, Zhao Y N, Yan F, Xing G Z. 3D dual-mode tactile sensor with decoupled temperature and pressure sensing: Toward biological skins for wearable devices and smart robotics[J]. Sensor Actuat. B-Chem., 2024, 404:  135255. doi: 10.1016/j.snb.2023.135255

  105. [105]

       Gao F L, Min P, Gao X Z, Li C J, Zhang T T, Yu Z Z, Li X F. Integrated temperature and pressure dual-mode sensors based on elastic PDMS foams decorated with thermoelectric PEDOT∶PSS and carbon nanotubes for human energy harvesting and electronic-skin[J]. J. Mater. Chem. A, 2022, 10(35):  18256-18266. doi: 10.1039/D2TA04862K

  106. [106]

       Mohammadi A V, Rosen J, Gogotsi Y. The world of two-dimensional carbides and nitrides (MXenes)[J]. Science, 2021, 372(6547):  eabf1581. doi: 10.1126/science.abf1581

  107. [107]

       Zhang L, Wang J, Wang S W, Wang L L, Wu M H. Neuron-inspired multifunctional conductive hydrogels for flexible wearable sensors[J]. J. Mater. Chem. C, 2022, 10(11):  4327-4335. doi: 10.1039/D1TC05864A

  108. [108]

       Wang M, Ma C, Uzabakiriho P C, Chen X, Chen Z R, Cheng Y, Wang Z R, Zhao G. Stencil printing of liquid metal upon electrospun nanofibers enables high-performance flexible electronics[J]. ACS Nano, 2021, 15(12):  19364-19376. doi: 10.1021/acsnano.1c05762

  109. [109]

       Chen C, Ying W B, Li J Y, Kong Z Y, Li F L, Hu H, Tian Y, Kim D H, Zhang R Y, Zhu J. A self-healing and ionic liquid affiliative polyurethane toward a piezo 2 protein inspired ionic skin[J]. Adv. Funct. Mater., 2022, 32(4):  2106341. doi: 10.1002/adfm.202106341

  110. [110]

       Song S M, Kim K Y, Lee S H, Kim K K, Lee K, Lee W, Jeon H, Ko S H. Recent advances in 1D nanomaterial-based bioelectronics for healthcare applications[J]. Adv. Nanobiomed Res., 2022, 2(3):  2100111. doi: 10.1002/anbr.202100111

  111. [111]

       Huynh T P, Haick H. Autonomous flexible sensors for health monitoring[J]. Adv. Mater., 2018, 30(50):  1802337. doi: 10.1002/adma.201802337

  112. [112]

       Sang S B, Pei Z, Zhang F, Ji C, Li Q, Ji J L, Yang K, Zhang Q. Three-dimensional printed bimodal electronic skin with high resolution and breathability for hair growth[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14(27):  31493-31501. doi: 10.1021/acsami.2c09311

  113. [113]

       Su Y, Ma C S, Chen J, Wu H P, Luo W X, Peng Y M, Luo Z B, Li L, Tan Y S, Omisore O M, Zhu Z F, Wang L, Li H. Printable, highly sensitive flexible temperature sensors for human body temperature monitoring: A review[J]. Nanoscale Res. Lett., 2020, 15(1):  200. doi: 10.1186/s11671-020-03428-4

  114. [114]

       Mervis J S, Phillips T J. Pressure ulcers: Pathophysiology, epidemiology, risk factors, and presentation[J]. J. Am. Acad. Dermatol., 2019, 81(4):  881-890. doi: 10.1016/j.jaad.2018.12.069

  115. [115]

       Lee Y, Park J, Choe A, Cho S, Kim J, Ko H. Mimicking human and biological skins for multifunctional skin electronics[J]. Adv. Funct. Mater., 2020, 30(20):  1904523. doi: 10.1002/adfm.201904523

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  图 1  (a) 温度和压力传感器垂直堆叠的图示^[56]; (b) 组合在口罩上的用于检测呼吸引起的压力和温度变化的双功能传感器结构示意图^[6]

  Figure 1  (a) Illustration of vertical stack of temperature and pressure sensors^[56]; (b) Schematic diagram of the structure of a combo dual-functional sensor assembled on a mask to detect pressure and temperature changes caused by breathing^[6]

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  图 2  (a) 用于多功能触觉传感的分层式自供电传感器的材料组成和结构^[69]; (b) SP@WS制作流程^[76]; (c) 活性双峰传感器阵列的制造工艺流程^[77]; (d) PCM传感器的制作示意图^[78]; (e) PEDOT∶PSS功能性油墨的制备及其在微结构PDMS基板表面的保形丝网印刷工艺^[79]; (f)柔性触觉传感器阵列的分解视图布局，以及压力传感单元(P-单元)和温度传感单元(T-单元)的示意图^[57]

  Figure 2  (a) Composition and structure of hierarchically patterned self-powered sensors for multifunctional tactile sensing^[69]; (b) Fabrication procedure of SP@WS^[76]; (c) Fabrication process flow of the active bimodal sensor array^[77]; (d) Schematic illustration of the fabrication of the PCM sensor^[78]; (e) Preparation of the PEDOT∶PSS-based functional ink and its conformal screen printing process onto the surface of microstructured PDMS substrate^[79]; (f) Exploded view layout of the flexible tactile sensor array, and schematic of the pressure sensing unit (P-unit) and temperature sensing unit (T-unit)^[57]

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  图 3  (a) 互锁传感器检测压力和温度的原理图^[58]; (b) 制备MCP泡沫的示意图^[82]

  Figure 3  (a) Schematic diagram of the mechanism of the interlocked sensor for detecting pressure and temperature^[58]; (b) Schematic illustrating the fabrication of MCP foam^[82]

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  图 4  (a) 鼻子呼吸和口呼吸条件下的压力和温度响应^[6]; (b) 使用无线传感平台对全身瘫痪受试者的压力和温度进行连续测量^[7]; (c) SP@WS传感器对脉搏和皮肤温度的响应^[76]; (d) 大鼠颅骨中生物可吸收传感器系统示意图^[113]

  Figure 4  (a) Pressure and temperature response under nose breathing and mouth breathing conditions^[6]; (b) Continuous measurements of pressure and temperature from a subject with general paralysis using the wireless-sensing platform^[7]; (c) Response of the SP@WS sensor to pulse and skin temperature^[76]; (d) Diagram of a bioresorbable sensor system in a rat's skull^[113]

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  图 5  (a) 柔性MFSOTE矩阵的照片和性能^[8]; (b) 软机器人手指设计及其材料识别性能^[31]; (c) 用于用户交互应用的可视化双功能传感器^[11]

  Figure 5  (a) Photographs and performance of flexible MFSOTE matrixes^[8]; (b) Design of the multifunctional soft robotic finger and its material recognition performance^[31]; (c) Visual dual-functional sensor for user-interactive applications^[11]

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  表 1  不同双参数传感器的传感性能比较

  Table 1.  Comparison of sensing performance of different dual-parameter sensors

  Active layer material	Measuring principle	Detect limit	Detect range	Sensitivity	Response time (Pressure, temperature)	Endurance
  PEDOT∶PSS/AgNPs/MWCNTs[56]	Piezoresistive/thermoelectric		0.1-5 kPa, 150 K		25 ms, n.a.	> 100 000 cycles
  Graphene/PDMS[69]	Piezoresistive/thermoelectric	1 K	0-45 kPa	15.22 kPa-1	< 74 ms, n.a.	> 3 000 cycles
  SWCNTs/PEDOT∶PSS[76]	Piezoresistive/thermoelectric	60 Pa, 0.5 K	0-20 kPa	1.05 kPa-1	20 ms, 0.8 s	500 cycles
  TPU/IL[86]	Capacitive	1.18 Pa, 0.02 ℃	0-77 kPa	106.01 kPa-1, 28.1%·℃-1	16 ms, n.a.	2 000 cycles
  Bi2S3/PVDF/PPy[77]	Piezoresistive/thermoresistive		0.1-55 kPa, 24-48 ℃	1.51 kPa-1, -0.111 7 ℃-1	40 ms, 0.33 s	5 000 cycles
  P(VDF-TrFE)/PANI[91]	Piezoelectric/thermoelectric	0.1 K	0.1-20.3 kPa	640 mV·kPa-1, 109.4 μV·K-1	0.37 s, n.a.	> 3 000 cycles
  PEDOT∶PSS/CNT[78]	Piezoresistive/thermoelectric	4 Pa, 0.4 K	0-100 kPa	-3.35%·kPa-1, 35.9 μV·K-1	134 ms, n.a.	> 1 000 cycles
  PEDOT∶PSS[79]	Piezoresistive/thermoelectric		0-300 kPa	37.65 kPa-1	2.4 ms, 4 s	5 000 cycles
  Cr/Au[57]	Piezoresistive/thermoresistive	40 Pa	0-6.1 kPa	2.71×10-4 kPa-1, 1.04×10-3 K-1	60 ms, n.a.
  AgNPs/CA/PVA[58]	Piezoresistive/thermoresistive	10 Pa	30-45 ℃	-1.82 kPa-1	75 ms, n.a.	> 500 cycles
  (GR)/ (MWCNTs)/(PANI)[104]	Piezoresistive/thermoelectric	186 Pa	0-110 kPa	0.348 8 kPa-1	50 ms, n.a.	> 10 00 cycles
  Mxenes/CS/PDMS[82]	Piezoresistive/thermoelectric	20 Pa, 0.05 K	0-100 kPa	-2.05%·kPa-1	140 ms, 0.29 s	> 5 000 cycles

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