基于PVDF/MXene复合纳米纤维膜的自供电、应变传感电子皮肤：在人体运动监测中的应用

《Journal of Applied Polymer Science》：Self-Powered, Strain-Sensing Electronic Skin Based on PVDF/MXene Composite Nanofiber Membrane: Applications in Human Motion Monitoring

两维过渡金属碳化物（Ti3Cx MXenes）因其优异导电性、机械稳定性和丰富的表面功能基团，被视为柔性可穿戴设备的理想材料。本研究通过电纺技术制备了不同MXene质量比的PVDF/MXene复合纳米纤维膜，并包覆聚氨酯形成电子皮肤。该电子皮肤具有1.04±0.02 MPa的断裂强度（纯PVDF膜为0.51 MPa）和96.73%±2.50%的断裂伸长率（纯PVDF膜为77.38%），同时表现出13.45 V的开路电压和0.145 V/N的压电灵敏度，循环稳定性超过1000次测试。实验证实该电子皮肤可有效监测手指、手腕、肘部及脚部运动，为智能穿戴、医疗健康监测和人机交互提供新方案。

　　

摘要

二维过渡金属碳化物（Ti₃C₂T_x MXenes）由于其独特的性质，包括良好的导电性、高机械稳定性和丰富的表面官能团，被认为是用于柔性可穿戴设备的有希望的候选材料。在这项研究中，通过电纺技术制备了含有不同质量比MXene粉末的聚偏二氟乙烯（PVDF）/MXene复合纳米纤维膜，并随后用聚氨酯进行封装，以开发基于PVDF/MXene的电子皮肤。该电子皮肤表现出显著的机械强度，断裂应力为1.04?±?0.02?MPa，断裂伸长率为96.73%?±?2.50%，分别比纯PVDF纳米纤维膜高出2.04倍和1.25倍。它还展示了出色的压电性能（输出电压13.45?V，灵敏度0.145?V/N）。此外，该电子皮肤在经过1000次周期性测试后仍保持优异的稳定性。另外，基于PVDF/MXene的电子皮肤已成功用于监测各种人体运动，如手指、手腕、肘部和脚部的运动，展示了其在智能可穿戴设备、医疗健康监测和人机交互方面的应用潜力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。