DOI: 10.1021/acsami.9b19238
目前，实时的人体运动传感和脉搏监测可以为健康评估和医学诊断提供重要依据。然而，设计具有高灵敏度和呼吸能力的轻便、柔性、能量可持续的压力传感器仍然是一个巨大的挑战。本文通过一种简单的静电纺丝技术制备了一种摩擦电全纤维结构压力传感器。所构建的传感器织物具有由聚偏二氟乙烯/银纳米线纳米纤维膜（NFM）、乙基纤维素NFM和两层导电织物组成的复合结构。这种具有高度形状适应性的可穿戴器件由于在纳米纤维上引入了分层的粗糙结构而表现出优异的传感性能。在0-3和3-32 kPa的压力范围内，灵敏度分别可达1.67和0.20 V•kPa-1。即使在连续运转7200个工作循环后，所制备的传感器织物仍显示出优越的机械稳定性。该传感器纺织品易于在不同期望的身体部位进行动态运动传感和实时脉冲监测。它可以以自供电的方式检测和量化与关节相关的各种人体运动，如肘部、膝盖和脚踝。此外，它还可以放置在颈动脉上捕捉脉搏信号，作为反映健康状况的可靠方法。这项工作对于推动多功能压力传感器和下一代可穿戴电子设备的快速发展和广泛应用具有重要的意义。
图1.压力传感器纺织品的示意图。（a）PDMS基底模具的制造工艺流程。（b）压力传感器纺织品的结构设计。
图2.PVDF/Ag 纳米线纳米纤维膜的化学成分分析。（a）PVDF纳米纤维膜、PVDF/0.002wt%Ag 纳米线纳米纤维膜、PVDF/0.005wt%Ag 纳米线纳米纤维膜、PVDF/0.01wt%Ag纳米线纳米纤维膜和PVDF/0.02wt%Ag 纳米线纳米纤维膜的FT-IR光谱和（b）XRD分析。（c）极性相（F-polar）含量的分数随Ag 纳米线含量的变化。（d）PVDF/0.005wt%Ag纳米线纳米纤维膜的TEM图像。
图3.压力传感器纺织品的电气输出和工作原理。（a）比较由不同溶剂比的PVDF纳米纤维膜和EC纳米纤维膜构造的压力传感器纺织品的输出电流。（b）比较使用EC纳米纤维膜和PVDF/Ag 纳米线纳米纤维膜构建的压力传感器纺织品的输出电流，其中Ag纳米线的含量不同。（c）在受到机械振动的接触/分离过程中压力传感器纺织品的工作原理。（d）比较具有光滑和粗糙表面的摩擦电纳米纤维的形态学差异。（e、f）传感器纺织品在不同位置的电势分布的COMSOL模拟。
图4.压力传感器纺织品的传感性能。（a）输出电压的电信号随施加压力的变化。红线和蓝线对应于线性拟合函数。（b）不同外部负载电阻下传感器纺织品的输出电压和电流。（c）传感器纺织品在外部负载电阻下的瞬时功率输出。（d）输出电压和（e）电流与频率的关系。（f）在1000 MΩ的外部负载电阻下，在大约7200个工作循环内对传感器纺织品进行传感稳定性测试。
图5.用于触觉感应和脉冲监测的压力传感器纺织品的演示。感知不同角度弯曲的关节[肘（a）、膝盖（b）和脚踝（c）]。（d、e）使用传感器纺织品实时检测颈动脉脉搏波。（f）放大的脉搏波，由两个对应于脉搏压力（P1）的峰值，即脉搏压（Psys）和舒张压（Pdia）之间的差值，以及手产生的反射波压力（P2）组成。
