DOI: 10.1002/smll.202207723

具有高灵敏度生理信号检测功能的自供电集成传感器对于下一代可穿戴电子设备而言是不可或缺的。在此，本研究在柔性苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯（SEBS）静电纺丝膜上成功构建了集成太阳能电池和平面微型超级电容器（MSCs）的Ti₃C₂T_x/CNTs基自供电电阻传感器。制备的Ti₃C₂T_x/CNTs@SEBS/CNTs纳米纤维膜表现出高导电性和机械柔性。激光辅助制造的基于Ti₃C₂T_x/CNTs的MSCs表现出52.89和9.56µWh/cm²的高面积能量密度，相应的面积功率密度为0.2和4mW/cm²。此外，这些MSCs在10000次循环后具有90.62%的显著容量保持率。基于Ti3C2Tx/CNTs的传感器能够对生理条件下的人体面部微表情和单次脉搏进行实时检测。重复的弯曲/释放测试表明，基于Ti₃C₂T_x/CNTs的传感器具有长时间循环稳定性。由于其优异的传感性能，研究人员还制作了传感阵列。总之，这项工作为设计一种生产灵活、性能较高且人性化的可穿戴自供电传感器系统开辟了一条新的途径。

图1.基于Ti₃C₂T_x/CNTs的自供电集成传感器平台的制造示意图。a）SEBS、CNTs和SEBS/CNTs静电纺丝溶液。b）Ti₃C₂T_x纳米片的剥离制备。c）通过静电纺丝和抽吸过滤制备Ti₃C₂T_x/CNTs@SEBS/CNTs薄膜。d）激光切割以制备叉指电极，然后涂覆LiClO4/PVA电解质。e）集成太阳能电池、微型超级电容器和压力传感器以获得自供电传感器。

图2.a）SEBS/CNT薄膜、b）CNT@SEBS/CNT薄膜和c）Ti₃C₂T_x/CNT@SEBS/CNT薄膜的表面OM图像。d）Ti₃C₂T_x/CNT@SEBS/CNT薄膜的照片。e）SEBS/CNT薄膜、f）CNT@SEBS/CNT薄膜和g）Ti₃C₂T_x/CNT@SEBS/CNT薄膜的表面SEM和相应的放大SEM图像。h）Ti₃C₂T_x/CNT@SEBS/CNT薄膜的截面SEM和相应的伪彩色图像。i）Ti₃C₂T_x/CNT@SEBS/CNT薄膜和相应Ti、C、O元素的EDS图谱。j,k）Ti₃C₂T_x纳米片的不同放大倍率TEM图像。l）Ti₃C₂T_x纳米片的AFM图像和交叉线的相应高度剖面。m）Ti₃C₂T_x纳米片的拉曼光谱。n）Ti₃C₂T_x、SEBS/CNT、CNT@SEBS/CNT和Ti₃C₂T_x/CNT@SEBS/CNT的XRD图谱。Ti₃C₂T_x的高分辨率o）Ti2p光谱和p）O1s光谱。

图3.基于Ti₃C₂T_x/CNT的MSCs在SEBS/CNT静电纺丝膜上的电化学性能。a）不同扫描速率（5-1000mV/s）下的CV图。b）不同电流密度（0.5-10mA/cm²）下的GCD图。c）根据CV和GCD图计算的面积电容，插图为基于Ti₃C₂T_x/CNT的MSCs器件的示意图。d）单个MSCs器件的自放电图，插图为基于Ti₃C₂T_x/CNT的MSCs器件的实物图。e）单个MSCs器件的循环稳定性，插入曲线为第5次和第9995次循环后的CV图。f）奈奎斯特阻抗图和相应的放大高频区，插图为等效电路模型。g）单个器件、两个并联器件和两个串联器件的CV图和h）GCD图。i）与最先进技术相比，面积能量和功率密度的Ragone图。

图4.基于Ti₃C₂T_x/CNTs@SEBS/CNTs薄膜的柔性器件的传感性能。a）柔性传感器的I-V曲线。b）具有不同外部应变的传感器的动态灵敏度。c）不同应变条件下传感器的一次拉伸响应测试。d）传感器对不同拉伸值的应变敏感性变化。e）构建的传感器用于人脸微表情识别和单词发音检测。f）不同手指弯曲角度下传感器的压敏性能。g）所得传感器的响应/恢复时间。h）柔性传感器设备的灵敏度图。i）弯曲响应的循环稳定性测试。

图5.a）自供电柔性传感器系统用于实时检测单次脉搏的示意图。b）连接在人手腕上的自供电柔性传感器的照片。c）由太阳能电池阵列充电和放电的自供电柔性传感器在电流密度为3mA/cm²时的充电-放电曲线。d）运动前后的实时人体脉搏监测。e）4×4尺寸的Ti₃C₂T_x/CNTs@SEBS/CNTs薄膜传感器阵列的示意图。f）陶瓷片上传感器阵列的照片。g）使用万用表测试不同块状传感器的电阻值。h）传感单元的电阻响应。