来源：Nano Energy

原文：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109006

01 背景介绍

柔性传感器作为实现环境感知和信息交互的关键传感器件，由于其它们在可穿戴医疗保健监测、运动训练、医疗诊断和治疗、人机交互等方面的新兴潜在应用。迄今为止，通过基于电阻式、电容式、压电式和摩擦电式传感器的多样化传感机制构建不同的传感结构，触觉传感器已经取得了长足的发展并使用各种聚合物材料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰亚胺（PI）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）和Ecoflex 作为弹性体基材。然而，除了传感能力和柔性结构外，还必须考虑长期贴肤传感应用时的佩戴舒适度。传统的聚合物基材具有致密的内部结构，这些结构是气密的，从而阻碍了覆盖的皮肤与外部环境之间的正常质量微交换。因此，需要气体和水蒸气的渗透来维持合适的热微环境，以平衡皮肤表面因排汗而流失的水分和热量，否则湿气会在覆盖部位积聚成大量液体，导致不舒适。覆盖皮肤的热生理感觉，例如潮湿、发红和炎症。这是因为皮肤需要保持约 30-34 °C 的狭窄温度范围，以获得细胞和组织的最佳生物功能。过热或过冷都会对皮肤的健康状况产生负面影响。此外，累积的流动液体和增加的点温度也会对柔性传感器的物理形成、传感性能和可靠性产生负面影响。因此，基于具有独特透气性和透湿性的织物或多孔平台构建柔性传感器以维持正常的个人热管理已成为以舒适健康的贴肤穿着为目的的新的发展趋势。过热或过冷都会对皮肤的健康状况产生负面影响。因此，基于具有独特透气性和透湿性的织物或多孔平台构建柔性传感器以维持正常的个人热管理已成为以舒适健康的贴肤穿着为目的的新的发展趋势。可穿戴传感器紧密附着在不同身体部位的皮肤上，用于生理监测和运动检测。除了传感性能和柔性结构之外，保持覆盖的皮肤与外部环境之间的正常质量微交换以及适当的散热能力对于舒适的佩戴也非常重要。

02 成果掠影

近期，河北工业大学孟垂舟老师研究团队报告了一种新型柔性透气触觉传感器的设计和制造，该传感器具有独特的个人热管理能力。该传感器采用微结构的超级电容离子电子传感结构，将一个多孔聚氨酯/离子液体海绵与两个电纺热塑性聚氨酯/MXene纳米纤维电极夹在中间，以提高灵敏度（∼105.77 kPa -1）。此外，聚合物的固有弹性性质赋予整个装置优异的机械柔韧性，基底的织物和多孔内部开放式结构提供良好的透气性和透湿性（∼48 mm s -1）保持正常的散热能力（比气密膜覆盖约低1℃），不会引起皮肤发红或发炎。此外，高太阳反射率（~0.98）二氧化硅微粒被纳入发射性（~0.94）热塑性聚氨酯纳米纤维中，以在户外场景中实现有效的被动冷却效果（比织物衣服覆盖的温度低~3℃）。所开发的柔性透气触觉传感器及其设计和制造策略为开发具有独特的个人热管理能力的先进可穿戴电子产品提供了一条有前途的途径，以实现舒适的皮肤附着传感应用。研究成果以“Flexible and breathable iontronic tactile sensor with personal thermal management ability for a comfortable skin-attached sensing application”为题发表于《Nano Energy》。

03 图文导读

图1 具有个人热管理和可穿戴传感关键功能的多功能设备的概念结构设计。

图2 该多功能器件的结构、形态和组成。

图3 该多功能装置的传感机构和性能。

图4 该多功能装置的疏水性、渗透性、散热能力和生物相容性。

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