DOI:10.1016/j.compscitech.2020.108600
壓電薄膜壓力傳感器因其在即時響應和線性壓力-電信號關系方面的獨特優勢，而成為自供電柔性便攜式電子設備的未來選擇。在此，研究者使用電紡聚偏氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE）/MXene納米纖維墊制備了一種壓電膜薄壓力傳感器。作為一種新型二維納米材料，MXene不僅具有大量的表面官能團以使其能夠與PVDF-TrFE分子鏈的偶極發生相互作用，而且還具有較高的電導率，從而有可能增加PVDF-TrFE在靜電紡絲過程中的極化。因此，與由純PVDF-TrFE薄膜組成的控制壓力傳感器相比，該復合薄膜傳感器的輸出電壓顯著提高，并且這種改善與MXene含量密切相關。例如，含2.0wt％MXene的復合薄膜在20N的壓力下以1Hz的頻率可獲得約為3.64 mW/m2的瞬時輸出功率密度。這種壓電PVDF-TrFE/MXene膜能夠感應人體的運動，從而達到醫療保健的目的。此外，MXene的親水性使薄膜壓力傳感器能夠監測濕度變化，因此復合薄膜傳感器在多功能電子皮膚中具有廣闊的應用前景。
圖1.（a）靜電紡絲過程中β相形成的三維分子模型。（b）制備定向PVDF-TrFE/MXene納米纖維的示意圖。（c）PVDF-TrFE/MXene復合薄膜壓電傳感器的示意圖。
圖2.電紡PVDF-TrFE納米纖維墊的SEM圖像：（a）PT，（b）PT/M0.1，（c）PT/M0.5，（d）PT/M1.0和（e）PT/M2.0。插圖顯示了相應納米纖維的統計直徑分布。（f）不同MXene含量的PVDF-TrFE/MXene纖維的平均直徑。
圖3.（a）PT，PT/M0.1，PT/M0.5，PT/M1.0和PT/M2.0的FT-IR光譜。（b）具有不同MXene含量的電紡納米纖維墊的XRD圖。（c）MXene，PT/M2.0，PT/M0.1和PT的拉曼光譜；（d）PVDF-TrFE鏈和MXene片之間可能發生界面相互作用的示意圖。
圖4.壓縮條件下PVDF-TrFE/MXene復合納米纖維的壓電輸出。（a）在相同正弦機械刺激下（藍色），PT（棕色）和PT/M2.0（綠色）的電壓和（b）電流輸出。（c）放大Isc信號的一個周期。（d）正向和（e）反向連接中PT/M2.0的詳細電流輸出信號。（f）不同壓力下不同PVDF-TrFE/MXene復合納米纖維的實驗電壓響應符號和線性擬合。
圖5.能量收集和傳感器應用。（a）在20N下使用不同外部電阻的PT/M2.0的電壓和瞬時功率密度，插圖為電路圖。（b）當頻率為2Hz時，PT/M2.0在不同力下的輸出電壓。（c）當手腕以不同角度彎曲時，附著在手腕上的復合膜的電壓變化。（d）在不同的手指觸摸動作下，附著在按鍵上的樣品的相對電壓信號。（e）固定在腳后跟下方以檢測腳汗的傳感器的示意圖。（f）當腳出汗時，來自腳跟的壓力信號。
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