吉大与中科院半导体所AM：基于MXene薄膜的柔性自供电传感器，用于人体生理信号检测

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一、文章概述

下一代生物医学设备需要具有舒适可穿戴性、操作安全性和机械柔韧性的传感器，以准确、连续地检测生理信号，还需要避免使用笨重的连接线或外部电源。近年来，学术界对同时具有自供电并检测电信号变化的多功能器件产生了极大的兴趣。为确保整个自供电系统“全天候”连续运行，开发出由能量收集/转换设备、中间储能单元和功能设备完全集成的自供电设备至关重要。另外，压力传感器的性能通常与敏感层材料相关。但是，大多数自供电设备都使用不同材料实现集成式设备的功能。实际上，在制造集成传感器和电源时，有必要优化材料合成过程和成本。因此，设计这种具有双重特性的功能材料仍是一个巨大挑战。

近日，吉林大学Wei Han和中国科学院半导体研究所Guozhen Shen、Lili Wang教授研究团队报告了一种基于MXene/BP的灵活耐用的可穿戴系统，该器件可在人体生理信号收集和分析中进行自供电的准确连续检测。相关研究工作以题为“Flexible Self-Powered Integrated Sensing System with 3D Periodic Ordered Black Phosphorus@MXene Thin-Films”发表在国际材料学顶刊Advanced Materials (IF=27.398)上，引起了本领域的广泛关注。

二、图文导读

（1）结果表明，可以通过将柔性压力传感器与直接写入激光的微型超级电容器和太阳能电池集成来设计基于MXene/黑磷（BP）的自供电智能传感器系统。通过逐层（LbL）自组装形成有序交错的MXene/BP层状结构可提高储能能力，通过在直接激光写入的微型超级电容器中驱动传感器的运行并补偿阳光不佳时的间歇性。

基于MXene/BP的自供电智能传感器系统的示意图。MXene/BP多层膜的逐层自组装（分子结构显示在顶部面板中）用于传感材料。通过将顶部（顶部ITO电极/PET基板）和底部堆栈（有源层/底部ITO电极/PET基板）层压在一起来开发压力传感器（左下方的传感器结构）。对于超级电容器（超级电容器的结构在底部面板中显示，右图），将由PVA/H2SO4制成的凝胶电解质涂覆在激光划刻的MXene/BP电极上并自然干燥，形成固态超级电容器。

混合MXene/BP薄膜表征。

MXene/BP薄膜超级电容器的电化学性能和灵活性。

（2）同时，以MXene/BP薄膜作为柔性压力传感器中的敏感层，可以在0.45 MPa的最佳弹性模量下将设备的压力灵敏度提高到77.61 kPa^-1。此外，这种智能传感器具有快速响应时间（10.9 ms），并具有在生理条件下对人心脏状态的实时检测能力。可以预见，这种基于MXene材料的设计和集成的自供能传感器件将为下一代自供电电子学提供一个通用平台。

基于MXene/BP的柔性设备，用于感知和区分刺激。

用于脉搏信号的自供电柔性传感器系统的检测。

原文链接

https://doi.org/10.1002/adma.202007890

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