DOI: 10.1021/acsami.9b19238
目前，實時的人體運動傳感和脈搏監測可以為健康評估和醫學診斷提供重要依據。然而，設計具有高靈敏度和呼吸能力的輕便、柔性、能量可持續的壓力傳感器仍然是一個巨大的挑戰。本文通過一種簡單的靜電紡絲技術制備了一種摩擦電全纖維結構壓力傳感器。所構建的傳感器織物具有由聚偏二氟乙烯/銀納米線納米纖維膜（NFM）、乙基纖維素NFM和兩層導電織物組成的復合結構。這種具有高度形狀適應性的可穿戴器件由于在納米纖維上引入了分層的粗糙結構而表現出優異的傳感性能。在0-3和3-32 kPa的壓力范圍內，靈敏度分別可達1.67和0.20 V?kPa-1。即使在連續運轉7200個工作循環后，所制備的傳感器織物仍顯示出優越的機械穩定性。該傳感器紡織品易于在不同期望的身體部位進行動態運動傳感和實時脈沖監測。它可以以自供電的方式檢測和量化與關節相關的各種人體運動，如肘部、膝蓋和腳踝。此外，它還可以放置在頸動脈上捕捉脈搏信號，作為反映健康狀況的可靠方法。這項工作對于推動多功能壓力傳感器和下一代可穿戴電子設備的快速發展和廣泛應用具有重要的意義。
圖1.壓力傳感器紡織品的示意圖。（a）PDMS基底模具的制造工藝流程。（b）壓力傳感器紡織品的結構設計。
圖2.PVDF/Ag 納米線納米纖維膜的化學成分分析。（a）PVDF納米纖維膜、PVDF/0.002wt%Ag 納米線納米纖維膜、PVDF/0.005wt%Ag 納米線納米纖維膜、PVDF/0.01wt%Ag納米線納米纖維膜和PVDF/0.02wt%Ag 納米線納米纖維膜的FT-IR光譜和（b）XRD分析。（c）極性相（F-polar）含量的分數隨Ag 納米線含量的變化。（d）PVDF/0.005wt%Ag納米線納米纖維膜的TEM圖像。
圖3.壓力傳感器紡織品的電氣輸出和工作原理。（a）比較由不同溶劑比的PVDF納米纖維膜和EC納米纖維膜構造的壓力傳感器紡織品的輸出電流。（b）比較使用EC納米纖維膜和PVDF/Ag 納米線納米纖維膜構建的壓力傳感器紡織品的輸出電流，其中Ag納米線的含量不同。（c）在受到機械振動的接觸/分離過程中壓力傳感器紡織品的工作原理。（d）比較具有光滑和粗糙表面的摩擦電納米纖維的形態學差異。（e、f）傳感器紡織品在不同位置的電勢分布的COMSOL模擬。
圖4.壓力傳感器紡織品的傳感性能。（a）輸出電壓的電信號隨施加壓力的變化。紅線和藍線對應于線性擬合函數。（b）不同外部負載電阻下傳感器紡織品的輸出電壓和電流。（c）傳感器紡織品在外部負載電阻下的瞬時功率輸出。（d）輸出電壓和（e）電流與頻率的關系。（f）在1000 MΩ的外部負載電阻下，在大約7200個工作循環內對傳感器紡織品進行傳感穩定性測試。
圖5.用于觸覺感應和脈沖監測的壓力傳感器紡織品的演示。感知不同角度彎曲的關節[肘（a）、膝蓋（b）和腳踝（c）]。（d、e）使用傳感器紡織品實時檢測頸動脈脈搏波。（f）放大的脈搏波，由兩個對應于脈搏壓力（P1）的峰值，即脈搏壓（Psys）和舒張壓（Pdia）之間的差值，以及手產生的反射波壓力（P2）組成。
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