人工智能、医疗健康、人机交互及物联网等领域的飞速发展，催生了市场对柔性电子设备的迫切需求。此类设备需能精准贴合人体或复杂曲面，并实时采集多种物理信号^[1-3]。在此趋势下，作为核心部件的柔性压力传感器，自然成为了学术界与产业界关注的焦点。在众多柔性材料中，聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）凭借其出色的柔韧性、可拉伸性、稳定的化学性质、易于微纳加工（如软光刻、模板法）以及良好的生物相容性^[4]，确立了其在柔性压力传感器中作为基底、介电层或封装层不可替代的地位。

早期研究主要关注传感器的柔性特性，而当前则更注重提升其综合性能，包括灵敏度、检测范围、响应速度、稳定性及功能集成度^[5]。为实现这些目标，研究人员从两个核心方向进行了深入探索：一是开发新型的导电复合材料，通过引入各类纳米导电填料构建高效、稳定的导电网络；二是设计精巧的微纳结构，通过调控应力分布和接触特性来显著提升传感性能^[6]。

本文旨在系统梳理PDMS基柔性压力传感器的最新研究进展。首先，将从工作原理出发对传感器进行分类；其次，重点分析导电填料与传感器结构设计的研究成果；然后，展示其在各前沿领域的应用探索；最后，讨论当前面临的挑战并展望未来发展方向。

1 柔性压力传感器的分类

根据传感机制的不同，柔性压力传感器主要分为压阻式、电容式、压电式和摩擦电式4种。

1.1 压阻式压力传感器

柔性压阻式传感器基于压阻效应工作，外部压力引发传感器形变，进而改变其内部导电特性，最终输出对应电阻值变化的信号。通过检测电阻信号，即可实现对压力变化的间接测量^[7]。在PDMS基传感器中，通常采用在PDMS中混合导电填料以构建导电网络，或在其表面制备导电微结构的方式实现压阻功能。受压时，导电网络的拓扑结构发生改变，例如导电粒子间距增大、隧道电阻变化，或接触点/接触面积改变，最终引起整体电阻变化^[8]。该类传感器结构相对简单、灵敏度高、信号采集便捷，是目前研究最为广泛的类型之一。

Du等^[9]在具有褶皱表面的PDMS上涂覆银纳米线（Ag nanowires, AgNWs），制备出PDMS/AgNWs微结构柔性压阻传感器。该传感器表现出高达2.588 kPa⁻¹的灵敏度，低于1 Pa的检测下限，甚至能检测到重约2 mg的芝麻种子。此外，传感器的响应/恢复时间为10/20 ms以及具有出色的循环稳定性。

1.2 电容式压力传感器

柔性电容式传感器基于电容变化实现传感功能，其结构类似于一个可变电容器，由两个电极及中间的导电介质组成。当外界压力或应变引起电极间距或介质厚度改变时，电容值随之变化，通过检测该电容信号即可间接测量压力或应变大小^[10]。在PDMS基传感器中，通常通过设计特定微结构或掺入高介电常数填料来调节其等效介电常数，从而优化性能。

Hong等^[11]受螳螂腿结构的启发，对PDMS介电层进行仿生微结构设计，制备的柔性电容式压力传感器灵敏度为0.836 kPa⁻¹、检测范围上限为333 kPa、响应/恢复时间为40/50 ms以及具有良好的耐久性。该类传感器对静态与动态压力均表现出较高敏感性，且功耗较低。然而，其输出信号易受电磁干扰和环境寄生电容的影响，在实际应用中需采取相应屏蔽或补偿措施。

1.3 压电式压力传感器

柔性压电式传感器通过压电效应，将导致其形变的外部机械应力（压力/应变）直接转换为表面电荷信号，并通过检测此信号实现精准测量^[12]。尽管纯PDMS本身不具备压电性，但可通过在其中复合压电纳米纤维（如聚偏氟乙烯）或纳米颗粒（如ZnO、BaTiO₃）来构建具有压电功能的复合材料。

He等^[13]采用静电纺丝技术制备了P（VDF-HFP）/MXene/BaTiO₃多层梯度结构纤维膜，该结构压电输出高达100 V，能够有效用于人体运动监测。此类传感器的优势在于响应速度快，特别适用于动态压力及高频振动信号的检测。然而，由于其产生的电荷会随时间逐渐泄漏，该类传感器无法有效测量静态或缓变压力信号。

1.4 摩擦电式压力传感器

柔性摩擦电式传感器通过摩擦起电效应将机械运动（接触、摩擦、分离）直接转换为界面电荷的变化，并利用静电感应原理输出电信号，以此检测压力或应变^[14]。PDMS作为一种常用的柔性基底，其电学与力学性能可通过引入功能性填料进一步优化。

Chalil等^[15]将PDMS与β-Si₃N₄复合，开发出一种新型柔性聚合物微复合材料压力传感器，显著提升了材料的整体摩擦电性能。该传感器输出电压达4.72 V，灵敏度为3.16 V/N，有效测力范围为0.15～5.00 N，在1 MΩ负载下功率密度达到1.88 μW/cm²。该类传感器具备成本低、易于加工、测量范围宽及自供电等优点。然而，该传感器也存在若干缺点，包括精度与线性度较差、对环境条件较为敏感，以及对高频动态压力的响应能力有限。

2 PDMS基柔性压力传感器的导电填料与结构设计 2.1 导电填料的研究进展

导电填料是构成传感功能的核心，其种类、形貌和分布直接影响传感器的导电性、灵敏度和稳定性。

2.1.1 碳基材料

碳基材料因其优异的性能和可扩展性，被视为柔性压力传感器最具发展前景的材料体系之一。其中，导电炭黑（carbon black, CB）、碳纳米管（carbon nano tubes, CNTs）、石墨烯（graphene, G）和氧化石墨烯（graphene oxide, GO）分别作为不同维度的碳材料代表，在传感技术中发挥着重要作用^[16]。

CB成本低廉，但通常需要较高填充浓度才能形成有效导电通路，且所构建导电网络的稳定性较差。因此，CB常与其他材料复合以提升传感器性能。Ma等^[17]将CB与G纳米片复合构建三维结构柔性压阻传感器，其灵敏度在压力300 Pa以下可达197.56 kPa⁻¹，应变因子（gage factor, GF）为47.60，同时具备120 ms的快速响应、63 ms的恢复时间以及超过2 000次的稳定循环性能。

CNTs具有一维线状结构、高长径比和优异的机电特性^[18]，在PDMS中能够形成三维导电网络。在应变作用下，网络结构变化显著，从而产生明显的电阻响应。Zhao等^[19]通过3D打印模板结合葡萄糖成孔剂，制备了具有多孔PDMS/CNTs火山海绵状球形结构的柔性压力传感器。该结构的多孔圆顶设计使其在0～1 kPa压力范围内灵敏度高达611.85 kPa⁻¹，在20～80 kPa压力范围内为50.31 kPa⁻¹，响应/恢复时间为43/123 ms，循环稳定性超过1 100次。

作为典型的二维材料，石墨烯拥有巨大的比表面积和极高的载流子迁移能力^[20]，在PDMS柔性基底中可形成片层接触式的导电通路。Chen等^[21]开发出一种三明治结构PDMS@G传感器，通过一步溶剂蒸发法实现G的均匀分布。该传感器不仅对应变敏感，还在−40 ℃至300 ℃宽温区内表现出卓越的温度传感性能。

GO因其良好的力学、热学性能和柔韧性而受到关注^[22]，但其本征导电性较差，常需还原处理以恢复电导率。还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide, rGO）在保留部分官能团与缺陷的同时，在电导率、成本与加工可行性间取得良好平衡，成为最具实际应用前景的石墨烯衍生物^[23]。Yang等^[24]提出一种基于仿生梯度分层结构与共面电极的设计，通过结合内部梯度孔径与表面微结构策略，制备出PDMS@rGO柔性传感器，在0～239.1 kPa和239.1～1 275.0 kPa压力区间内灵敏度分别达到0.535 7 kPa⁻¹和1.412 0 kPa⁻¹，实现了宽工作范围与高灵敏度的统一。

2.1.2 金属材料

金、银等零维金属纳米颗粒在构建导电网络时效率较低，常需高填充量，且整体性能通常逊于高维材料的。相比之下，AgNWs兼具优良的导电性与柔韧性，能通过喷涂、旋涂等方法在PDMS表面高效形成随机导电网络^[25]，是制备透明柔性电极和传感器的理想材料。Cai等^[26]开发了一种以AgNWs为导电层、P32-PDMS为柔性基底的三明治结构传感器。该材料具备低模量（32.35 kPa）、高延展性（伸长率>450%）、强附着力（18.94 N/m）、良好透光率（82.22%）与生物相容性（相对增长率为 89.524%），所制传感器应变因子高达17.27，检测范围覆盖0～100%应变，循环稳定性高达5 000次。

MXene是一类由过渡金属（M）、碳/氮（X）及表面官能团（―F、―O、―OH）构成的新型二维材料（通式M_n+1X_nT_x，n = 1～3），其显著特征在于兼具类金属高电导率、良好亲水性与可调控的表面性质^[27]。可通过表面改性或自组装方式与其他材料复合，以协同提升传感器性能。Yang等^[28]采用皮克林乳液法将羧甲基纤维素（carboxymethyl cellulose, CMC功能化MXene与PDMS复合，构建三维气凝胶结构。该结构不仅形成稳定的柔性网络，还利用MXene构建高效导电通路，使材料兼具高回弹性（90%恢复率）与抗压强度（9.3 MPa）。所制备传感器灵敏度达28.7 kPa⁻¹，机电性能优异。

共晶镓铟（eutectic gallium-indium, EGaIn）等液态金属在室温下呈液态，兼具高导电性与流动性，在拉伸状态下仍能维持导电通路连续，有效避免传统固体填料因分离导致的电阻突变^[29]。Guan等^[30]将EGaIn与多壁碳纳米管（multiwalled carbon nanotube, MWCNTs）及PDMS复合，制备出EMP（EGaIn/ MWCNTs/PDMS）复合材料，如图1所示。其中MWCNTs不仅作为导电增强相，还起到分散液态金属、防止其聚集的作用。该材料导电率为1.315×10⁻² S/cm，弹性模量低至1.2 MPa，伸长率可达120%。

2.1.3 导电高分子

导电聚合物凭借其独特的共轭π电子骨架结构而具备导电能力，通过化学或电化学掺杂，其电导率可实现从绝缘到类金属级别的广泛调控。这类材料兼具柔韧性、生物相容性、可溶液加工性与电学性能可调等特点^[31]，被视为构建下一代高性能、多功能可穿戴柔性压力传感器的理想材料之一。

Lu等^[32]采用一步乳液冰模板法，制备了具有梯度孔结构的聚吡咯（polypyrrole, PPy）/PDMS海绵传感器。该传感器的应变因子达31.4，应变检测范围为0～70%，即使在约10 000次压缩−释放循环后仍表现出优异的耐久性。

Liu等^[33]通过在废弃黑胶唱片复制的褶皱PDMS基底上紧密贴合超薄透明聚苯胺（polyaniline, PANI）薄膜，开发出一种性能稳定的传感器。该器件在经历7000次疲劳载荷测试后仍保持稳定的压敏性能，灵敏度达到0.24 kPa⁻¹，具有2 Pa的低检测限和15 ms的响应时间。

2.1.4 复合与杂化填料

将不同维度的填料复合使用，能够有效产生协同效应，弥补单一填料在性能上的不足。Xu等^[34]在PDMS多孔海绵中加入CNTs与MXene，开发出一种多功能应变传感器。所制备的PDMS/CNT@MXene传感器具备宽应变传感范围（105%）、高灵敏度（应变因子为 1 939）及响应/恢复时间分别为158/160 ms，在重复拉伸、压缩与弯曲循环中表现出良好的可靠性与稳定性。该研究显示，通过多尺度、多形态填料的合理组合，可显著优化导电网络结构，从而协同提升传感器的综合性能。

综上所述，不同类型的导电填料在性能上各具特色，其优缺点如表1所示。

2.2 传感器结构设计的研究进展

除了导电填料外，传感器微观结构的精巧设计是提升性能的另一关键途径。

2.2.1 微结构设计

在PDMS表面或内部构建微结构是提升传感器灵敏度的有效策略。基于预拉伸的皱纹结构形成技术，通过在预拉伸状态下对PDMS进行表面处理并释放应变，利用表层与体相模量差异诱导形成周期性皱纹结构，可实现高性能传感。Shang等^[16] 以聚氨酯（polyurethane, PU）、rGO和PDMS分别作为基底、导电层和增强层，通过结合预应变仿生微结构制备与PDMS浸润工艺，如图2所示，成功开发了一款高性能柔性压力传感器。该器件表现出色，其工作压力范围宽达0.11～1 250.00 kPa，灵敏度为0.033 1 kPa⁻¹，响应时间低至8 ms。优异的稳定性也得到了验证，在承受15%应变并经历2 500次循环后，其性能仍未出现显著衰减。

仿生微结构设计通过模拟自然界中如皮肤指纹、荷叶表面或昆虫复眼等生物结构，在PDMS表面构建金字塔、圆柱或微穹顶等阵列。该类结构能够在低压力下有效集中应力并诱发显著形变，从而大幅提升器件灵敏度，已被广泛应用于电容式与压阻式传感器中。Lan等^[35]基于木槿花的结构灵感，采用AgNWs/PDMS电极与离子凝胶介质层，研制出了一种高性能柔性压力传感器。该传感器在0～120 kPa的超宽量程内呈现出分段式高灵敏度（3个区间分别为48.57、15.24、3.74 kPa⁻¹），且响应迅速（响应时间小于58 ms）。

在PDMS中引入多孔结构可形成高可压缩海绵体，受压时孔壁接触增多、导电通路密度上升，进而引起电阻下降，适用于宽压力范围和高压缩比的应用场景。Qiao等^[36]通过简易溶剂热法构建具有分级多孔结构的PDMS/CNTs柔性压阻传感器，其在0～260 kPa范围内灵敏度为0.59 kPa⁻¹，检测限低至12 Pa，响应时间为25 ms，循环稳定性超过1 700次。该类传感器易于集成于可穿戴设备中，实现生理信号的实时监测。

微结构的制备方法多种多样，包括模板法、3D打印、自组装等。模板法通过使用具有特定图案的模板来复制微结构，成本低且易于大规模生产。3D打印允许精确控制微结构的形状和尺寸，适用于复杂结构的设计。自组装方法利用分子或纳米颗粒的自发组织形成有序结构，适用于纳米级微结构的制备。

2.2.2 多层与夹层结构

采用层状组装策略集成不同功能材料，可有效实现性能协同与功能互补。其中，“三明治”结构（电极−介电/敏感层−电极）作为典型设计，不仅能保护内部敏感层，还可优化电场分布，提升器件整体性能。

Wang等^[37]开发了一种基于多层互锁“三明治”结构的柔性压阻传感器，该结构由具有微球阵列的PDMS/CNTs薄膜与TPU/MXene纳米纤维薄膜交替组装而成。多层互锁设计显著增大了层间接触面积，从而在提高灵敏度的同时，增强了器件的机械与电气稳定性。实验结果表明，该PDMS/CNTs-TPU/MXene压力传感器具备82.17 kPa⁻¹的高灵敏度、0～25 kPa的宽检测范围、100 ms的快速响应时间，并在超过2 000次循环中保持优异的动态稳定性。

3 PDMS柔性压力传感器的应用

随着机器学习等人工智能技术的持续进步，柔性压力传感器因其灵敏的响应特性、宽广的检测范围以及优异的机械柔韧性，在人体运动感知与健康监测方面备受重视。在机器学习方法的支持下，搭载柔性传感器的可穿戴智能系统能够动态监测人体活动并采集生理数据，已在医疗健康、康复护理、行为监控及手写识别等诸多领域显示出巨大潜力。这类系统与人机交互、数字健康以及临床诊断等方面的紧密结合，为构建更加个性化、智能化的新一代健康管理与人机交互技术提供了有力支撑。

Wang等^[38]开发了一种基于动态交联PDMS的多层柔性压力传感器，并将其集成于睡眠监测系统（如图3所示）。该传感器具有优异的柔韧性、自愈合性和层间粘附力，可稳定附着于颈部、鼻唇沟等多个位置，以实时采集睡眠时的生理振动信号。通过卷积神经网络（convolutional neural network, CNN）对多位置信号进行融合分析，系统能准确识别出正常睡眠、心动过速、呼吸暂停、梦话、打鼾及快速眼动等状态。在160个训练样本和40个测试样本上，模型分类准确率高达98.33%，证明了其在睡眠健康监测中的应用价值。

Zhao等^[39]研制了一种基于层次化结构CNTs/PDMS复合薄膜的柔性压力传感器，并将其成功应用于高精度电子皮肤系统。该传感器以商用碳化硅砂纸为模板，通过溶液共混与刮涂工艺构建具有随机高度分布的微凸起结构，有效提升了传感器与叉指电极间的接触面积变化率，从而在0～300 kPa宽压力范围内实现分段高灵敏度响应（0.166 1～0.457 4 kPa⁻¹）。该器件具备快速响应/恢复时间（320/100 ms）、优异的循环稳定性（1 500次）以及良好的抗弯曲、抗扭转与耐湿性能。在电子皮肤应用中，该传感器不仅能准确检测手指触摸、关节弯曲等人体动作，还可集成于4×4传感器阵列中，实现压力空间分布的可视化映射，进一步结合无线传感系统实时传输不同频率的按压信号，在可穿戴健康监测与人机交互领域展现出广泛的应用前景。

4 结　论

PDMS因其优异的柔韧性、化学稳定性及易于加工等特性，已成为构筑柔性压力传感器的核心基底材料。通过引入不同维度的导电填料（如AgNWs、CNTs、G、EGaIn及其复合物）并设计多样化的微结构（如皱纹、多孔、空心球等），研究人员成功地大幅提升了PDMS基柔性压力传感器的综合性能，包括灵敏度、检测范围、响应速度与稳定性。这些性能的突破，极大地推动了其在电子皮肤、健康监测、人机交互以及结构健康监测等前沿领域的应用探索。

尽管发展迅速，该技术走向成熟和大规模应用仍面临一些关键瓶颈：（1）在长期动态应力下，导电填料与PDMS基体易发生界面滑移，同时微结构可能出现疲劳损伤。这导致传感器信号漂移与灵敏度衰退。（2）传感器难以在宽量程内兼顾高灵敏度，且存在迟滞与非线性问题；此外，在动态变形表面上易受应变干扰，难以实现压力的准确解耦测量。