DOI: 10.1007/s40820-020-00580-5
二維材料在傳感器和柔性電子器件中有著廣泛的應用前景。在這項工作中，首次報道了一種基于聚乙烯醇/Ti3C2Tx（PVA/MXene）納米纖維膜和單層二硒化鉬（MoSe2）壓電納米發電機（PENG）的自供電柔性濕度傳感裝置。采用大氣壓化學氣相沉積技術制備了MoSe2基PENG單層膜，其峰值輸出為35mV，功率密度為42 mW m-2。集成在聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）基材上的柔性PENG可以收集人體不同部位產生的能量，在可穿戴設備中具有廣闊的應用前景。在單層MoSe2 PENG的驅動下，配備柔性PET基材的靜電紡絲PVA/MXene納米纖維基濕度傳感器顯示出約40的高響應，0.9/6.3s的快速響應/恢復時間，1.8％的低滯后性和出色的重復性。自供電柔性濕度傳感器具有檢測人體皮膚濕度和環境濕度的能力。這項工作為探索與PENG集成的高性能濕度傳感器在自供電柔性電子器件中的應用提供了一條途徑。
圖1.a）MoSe2薄片基PENG和b）PVA/MXene濕度傳感器的制備示意圖。c）用于濕度傳感測量的實驗平臺示意圖。d）通過APCVD制備的單層MoSe2。e）具有兩個電極的MoSe2壓電器件的光學顯微鏡圖像。f）柔性PENG設備的照片
圖2.a）單層MoSe2薄片的AFM地形圖。b）沿圖2a中白線的相對高度。c）單層MoSe2薄片的拉曼光譜。d）單層MoSe2壓電器件的運行方案。e）設備的開路電壓與應變的關系。f）實時輸出電壓在0.36％應變下的頻率為0.5Hz。g）在0.36％應變下，單層MoSe2器件的輸出電壓和電流隨外部負載電阻的變化。h）功率與負載電阻的關系。i）循環測試顯示了單層MoSe2器件的長期穩定性
圖3.MoSe2裝置在人體各個部位的能量收集和應用：a）食指關節，b）手腕，c）手指按壓，d）喉嚨，e）根據不同聲音刺激（例如“納米”，“能量”和“傳感器”），柔性PENG的輸出電壓變化。f）頸部彎曲，g）膝蓋彎曲，h，i）人體運動檢測
圖4.a）MXene多層結構的SEM。b）多層MXene納米薄片的TEM圖像。c）呈六邊形排列原子的相應選擇區域電子衍射（SAED）圖。d，e）PVA/MXene納米纖維的SEM圖像。f）MXene和PVA/MXene的接觸角測量。MXene、PVA和PVA/MXene復合材料的g）XRD，h）EDS和i）FTIR圖
圖5.a）暴露于不同相對濕度的MXene、PVA和PVA/MXene薄膜傳感器的電阻。b）暴露于不同相對濕度的PVA/MXene薄膜傳感器的動態電阻變化。c）PVA/MXene薄膜傳感器的可重復性。d）PVA/MXene傳感器在11％至97％RH之間的時間依賴性電阻響應和恢復曲線。e）濕度增加和減少時傳感器的電阻。f）PVA/MXene納米纖維薄膜傳感器的濕度磁滯曲線
圖6.a）自供電MXene、PVA和PVA/MXene薄膜傳感器對不同濕度的響應擬合曲線。b）暴露于不同濕度下的PVA/MXene基PEHS的輸出電壓。c）自供電PVA/MXene傳感器的可重復性。d）手指緩慢接近傳感器時的輸出電壓。e）柔性傳感器用于檢測人的呼吸頻率。f）不同運動時間后手臂皮膚表面濕度的檢測結果
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