DOI:10.1016/j.compscitech.2020.108600

压电薄膜压力传感器因其在即时响应和线性压力-电信号关系方面的独特优势，而成为自供电柔性便携式电子设备的未来选择。在此，研究者使用电纺聚偏氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE）/MXene纳米纤维垫制备了一种压电膜薄压力传感器。作为一种新型二维纳米材料，MXene不仅具有大量的表面官能团以使其能够与PVDF-TrFE分子链的偶极发生相互作用，而且还具有较高的电导率，从而有可能增加PVDF-TrFE在静电纺丝过程中的极化。因此，与由纯PVDF-TrFE薄膜组成的控制压力传感器相比，该复合薄膜传感器的输出电压显著提高，并且这种改善与MXene含量密切相关。例如，含2.0wt％MXene的复合薄膜在20N的压力下以1Hz的频率可获得约为3.64 mW/m2的瞬时输出功率密度。这种压电PVDF-TrFE/MXene膜能够感应人体的运动，从而达到医疗保健的目的。此外，MXene的亲水性使薄膜压力传感器能够监测湿度变化，因此复合薄膜传感器在多功能电子皮肤中具有广阔的应用前景。

图1.（a）静电纺丝过程中β相形成的三维分子模型。（b）制备定向PVDF-TrFE/MXene纳米纤维的示意图。（c）PVDF-TrFE/MXene复合薄膜压电传感器的示意图。

图2.电纺PVDF-TrFE纳米纤维垫的SEM图像：（a）PT，（b）PT/M0.1，（c）PT/M0.5，（d）PT/M1.0和（e）PT/M2.0。插图显示了相应纳米纤维的统计直径分布。（f）不同MXene含量的PVDF-TrFE/MXene纤维的平均直径。

图3.（a）PT，PT/M0.1，PT/M0.5，PT/M1.0和PT/M2.0的FT-IR光谱。（b）具有不同MXene含量的电纺纳米纤维垫的XRD图。（c）MXene，PT/M2.0，PT/M0.1和PT的拉曼光谱；（d）PVDF-TrFE链和MXene片之间可能发生界面相互作用的示意图。

图4.压缩条件下PVDF-TrFE/MXene复合纳米纤维的压电输出。（a）在相同正弦机械刺激下（蓝色），PT（棕色）和PT/M2.0（绿色）的电压和（b）电流输出。（c）放大Isc信号的一个周期。（d）正向和（e）反向连接中PT/M2.0的详细电流输出信号。（f）不同压力下不同PVDF-TrFE/MXene复合纳米纤维的实验电压响应符号和线性拟合。

图5.能量收集和传感器应用。（a）在20N下使用不同外部电阻的PT/M2.0的电压和瞬时功率密度，插图为电路图。（b）当频率为2Hz时，PT/M2.0在不同力下的输出电压。（c）当手腕以不同角度弯曲时，附着在手腕上的复合膜的电压变化。（d）在不同的手指触摸动作下，附着在按键上的样品的相对电压信号。（e）固定在脚后跟下方以检测脚汗的传感器的示意图。（f）当脚出汗时，来自脚跟的压力信号。