DOI: 10.1016/j.colsurfa.2021.127890

基于压电效应的智能可穿戴设备应用广泛，但如何保证压电设备的透气性和防水性是一个很大的挑战。因此，研究者使用导电织物（CF）作为电极材料，在一个CF的一侧生长ZnO纳米棒（NRs），将电纺PVDF纳米纤维膜夹在带有ZnO NRs的CF和另一个CF之间。这种结构使压力传感器具有防水性能并保持良好的透气性。此外，具有ZnO NRs/PVDF分层结构压电层的传感器在150kPa时可产生1.60±0.08V的输出电压，比纯PVDF纳米纤维膜高10倍以上，并且在3-150kPa（11.07mV/kPa）的宽范围内显示出灵敏的线性响应。而且，传感器经过3600次按压循环后，输出电压基本保持不变。另外，以一定压力在传感器上滑动会产生有规律的波动信号，作者借助有限元法解释了这一过程的原理。得益于其独特的性能，该传感器可以安装在衣服上，实时监测风或雨等环境。

图1.在织物上生长ZnO层、PVDF纳米纤维膜的制备和组装的纺织品传感器的示意图。

图2.PVDF纳米纤维膜和ZnO NRs/TPs的微观结构，以及纺织压力传感器的工作原理。（a）PVDF纳米纤维膜，（b）ZnO TPs和（c）ZnO NRs的SEM图像。（d）未极化PVDF和电纺PVDF的FTIR光谱和（e）XRD图。（f）ZnO TPs和ZnO NRs的XRD图谱和（g-h）EDS映射。（i）PVDF/ZnO分层结构压力传感器产生的压电电位示意图。

图3.传感器的压电性能。（a）具有不同压电层的传感器的压电特性比较。（b）不同压力下的开路电压。（c）传感器输出电压和压力之间的线性关系。

图4.设备的机械稳定性。（a）耐久性测试结果，i）和ii）是不同时间段的信号细节，（b）耐久性测试后器件结构的SEM图像。

图5.通过在ZnO NRs/PVDF纺织品传感器上滑动产生信号的原理。（a）在传感器上滑动产生的输出信号。（b）基于部分压电层的结构模型。（c）滑动过程示意图。（d）以150kPa压力按压整个模型的FEM模拟图。（e-f）传感器在150kPa压力下滑动的有限元模拟图。

图6.ZnO NRs/PVDF纺织传感器的防水性能和透气性。（a）CF，（b）ZnO TPs/CF和（c）ZnO NRs/CF的水接触角。（d）传感器的透气性测试。（e）透气性测试后传感器的压电性能。

图7.传感器在监测气流和降雨量中的应用。（a）传感器在户外夹克上的实际位置照片，（b）测试装置示意图以及（c）在气流监测试验中，传感器在0.1L/s流速、不同距离下产生的输出电压。（d）传感器在户外夹克上的实际位置照片，（e）测试装置示意图以及（f）在降雨量监测试验中，传感器在不同强度降雨下产生的输出电压。