DOI: 10.1021/acsami.2c20512

近年来，压电聚合物传感器由于其柔性、低密度和高压电常数而被用于能量收集和自供电传感，并且可以通过精细的结构设计来提高其性能。在此，本研究报道了一种通过将聚偏氟乙烯（PVDF）直接静电纺丝到不锈钢丝上来制备芯鞘压电纤维（C-PEF）的简单策略。这种C-PEF能够很好地响应不同程度的弯曲变形，因此可以组装成用于气流速度传感的压电弯曲传感器。此外，弹簧状结构的C-PEF（S-C-PEF）可以用作压电弹簧传感器，并以复杂的方式监测人类的睡眠行为。总体而言，这项工作为开发多几何量压电传感器提供了一种低成本、简单、可靠的方法，同时证实了其在弯曲传感和健康监测等应用中的巨大潜力。

图1.（a）压电传感器的制造工艺和应用示意图。（b）弯曲、扭曲和打结的C-PEFs以及（c）不同尺寸的S-C-PEFs的光学图像。C-PEF（d）表面和（e）横截面的SEM图像（电纺丝9分钟，不锈钢丝直径300μm）。（f）原始PVDF粉末和PVDF压电纤维的XRD光谱和（g）FTIR光谱。

图2.（a）弯曲模式下C-PEF的示意图。（b）在2Hz下电纺丝3、6和9分钟的C-PEFs的输出电压。（c）在2Hz下电纺丝9分钟的C-PEF以及（d）电纺丝3、6和9分钟的C-PEFs经0°至30°、60°、90°和120°弯曲的输出电压。（e）在2Hz下电纺丝3、6和9分钟的C-PEFs的灵敏度。（f）在2Hz下电纺丝9分钟的C-PEF经0°至120°弯曲的响应时间和恢复时间。（g）不同频率下的输出电压（弯曲角度从0°到30°）。（h）在3Hz下，当弯曲角度从0°至120°时，3000次循环的稳定性。（i）不同气流速度下的输出电压（低速为3.9m/s，高速为4.3m/s）。（j）回转模式下的输出电流。（f-j）中使用的C-PEFs电纺丝9分钟。

图3.（a）S-C-PEF压缩后的示意图。（b）S-C-PEF在不同压缩比下的输出电流和（c）电压。（d）在75%的给定压缩比下，一个、两个、三个和四个串联S-C-PEFs的输出电流和（e）电压。（f）响应和恢复时间以及（g）在75%的压缩比下单个S-C-PEF的长期稳定性。上述使用的S-C-PEF电纺丝9分钟，不锈钢丝直径为300μm。

图4.（a,c）C-PEF和S-C-PEF的外表面和横截面上的应力和（b,d）电势分布。

图5.（a）自制SBMS的原理图。（b）抬起头、（c）抬起腿、（d）坐起来和（e）翻身的特征电输出。（f）一周的总睡眠数据。（g）睡眠期间身体运动的平均次数（上）和相应的睡眠水平（下）。