近日，华中科技大学的徐鸣教授和德克萨斯大学达拉斯分校的Ray H. Baughman教授（共同通讯作者）等人首次研发了一种基于碳纳米管（CNTs）的新型自发电电化学压力传感器，该传感器无需封装即可直接用于水下波浪监测。该传感器利用海水作为电解质，将机械压力能电化学地转化为电能，并且可以产生响应于海水压力变化的电信号。

在海洋探索活动中，波浪监测对于潮汐观测、水下航行、海洋生物迁徙追踪、海底地震侦测等水下活动监测均具有至关重要的作用。尽管全球定位系统已广泛应用于各类陆地环境地质监测，但电磁波交互工作机制却限制了其在波浪监测领域的应用。目前，波浪监测须依赖先进的压力传感器来获取包括水压变化、波浪高度及波浪速度等多种关键参数信息。然而，受限于工作机制，当前的压力传感器在水下压力监测过程中存在灵敏度低、压力探测范围小、防水性能差、能源消耗高、低频波浪探测不灵敏等问题。因而，亟须开发基于全新工作原理的水下压力传感器，以克服该领域所面临的上述瓶颈问题。

图一、自供电电化学CNT压力传感器的制备及其性能表征

（a）CNT压力传感器的制备示意图；

（b）自然条件下，CNTs内部管状结构的TEM图像；

（c）拉伸前后，CNT片的SEM图像；

（d）正弦波和方波施加应力下，CNT压力传感器的产生的OCV和SCC变化；

（e）施加压力前后，CNT传感电极薄片层的变形示意图；

（f）由CNT制备的压力传感器的电容和OCV与施加压力的关系；

（g）在0.02 Hz、300 kPa压力下，CNT压力传感器的峰值电压和峰值功率与负载电阻的关系。

图二、CNT传感电极结构对压力传感器性能的影响

（a）拉伸过程中，不同机械牵伸应力下制备的CNT薄片的SEM和TEM图；

（b）拉伸过程中，拉应力对Herman’s orientation factor取向因子（HOF）和峰峰值OCV的影响；

（c）在300 kPa压力时电容变化率随HOF的变化而增大，而在0 kPa压力作用下电容随HOF的变化而减小；

（d-e）当以0.5 Hz正弦波施压到172 kPa时，压力传感器产生的OCV和SCC。

图三、CNT压力传感器在0.6 mol/L NaCl水溶液中的性能

（a）频率2 Hz不同正弦峰值压力下，SCC与时间的关系；

（b）在2 Hz正弦施压过程，峰值SCC和灵敏度与峰值压力的关系；

（c）在频率为0.01 -5 Hz范围内，峰值SCC与频率的关系；

（d）压力传感器在经过10000次正弦施压循环后的峰值SCC；

（e）在0.01 Hz、0.1 Hz和2 Hz时，施加的与波浪高度等效正弦压力产生的峰值SCC与波幅的关系。

图四、压力传感器在模拟海洋环境中的波浪监测能力

（a）模拟的海洋环境测试系统；

（b）压力传感器响应于鱼游动和潜艇运动所产生的实时SCC信号；

（c）压力传感器对单次及连续水位上升和下降所产生的SCC电信号；

（d）压力传感器对于单次和连续0.5 Hz桨叶旋转运动下所产生的SCC电信号。

图五、温度、盐度和波浪运动对传感器性能的影响

（a）在4-60 oC的温度范围内(0.6 mol/L NaCl电解质)，传感器峰值SCC和灵敏度与温度的关系；

（b）峰值SCC和灵敏度与NaCl电解液浓度的关系；

（c）在东湖中，压力传感器对近岸波浪变化产生的SCC电信号；

（d）在0.6 mol/L NaCl溶液中，5×5的传感阵列对多点波浪变化的响应。

该传感器可以探测1 mm（10 Pa）至30 m高的波浪变化，几乎涵盖了所有海洋波浪运动范围，且在海水环境中具有很高的工作循环稳定性。他们在工作过程中无需外部供电，在低于2 Hz的海水压力变化中，其所收集的比能量较商用压电传感器高出六个数量级。此外，该传感器可在宽温度范围（4-60 ℃）和大盐度区间（0.1-5 mol/L）保持优异的传感特性。更重要的是，其独特的电化学传感机制为解决压力探测在高精度、低频压力探测和宽探测范围存在的挑战，提供了全新的应对策略。