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  隨著人們重視身體健康程度的增加，具有生理信號監(jiān)測功能的柔性傳感器得到快速發(fā)展，但是供電能力與透氣性限制了其長時間穿戴應(yīng)用。為此，該工作通過3D打印直寫技術(shù)將可充放電的鋅空氣電池引入多功能傳感系統(tǒng)中，在電池的作用下，該系統(tǒng)可以連續(xù)監(jiān)測人體溫度與脈搏信號達(dá)4小時以上。

  近期，河工大孟垂舟/北理工沈國震/山大李陽教授聯(lián)合在Advanced Fiber Materials上發(fā)表了題為“An integrated bifunctional pressure?temperature sensing system fabricated on a breathable nanofiber and powered by rechargeable zinc-air battery for long-term comfortable health care monitoring ”的研究成果。論文第一作者是濟南大學(xué)機械工程學(xué)院青年英才崗?fù)貔i博士，該成果以具有良好透氣性的靜電紡絲納米纖維為基底，使用3D打印直接技術(shù)將鋅空氣電池、電阻式壓力傳感器與溫度傳感器進(jìn)行集成，獲得了可依靠自身供電連續(xù)工作4小時的健康監(jiān)測手環(huán)。

圖1 可供電的多功能傳感系統(tǒng)（a）結(jié)構(gòu)示意圖與（b）功能示意圖

  得益于TPU靜電紡絲納米纖維薄膜的疏水與透氣特性，以此為基底的可自供電的多功能傳感系統(tǒng)可以有效防止汗液的侵蝕，可以有效提升其空氣與水蒸氣的交換能力，從而保證了該系統(tǒng)的穿戴舒適性（圖3）。

圖3 可供電的多功能傳感系統(tǒng)的（a-b）疏水與（f-g）透氣特性

  凝膠聚合物電解質(zhì)嵌入空氣電極和鋅電極之間后形成鋅空氣電池，該電池有1.39V的開路電壓，良好的充放電特性與穩(wěn)定的充放電特性。

圖5 鋅空氣電池的工作機理與性能測試

圖6 可供電的多功能傳感系統(tǒng)的（a-b）工作流程示意圖與（c）人體溫度、脈搏信號的長時間監(jiān)測

作者介紹

王鵬：濟南大學(xué)機械工程學(xué)院講師，校聘青年英才崗，研究方向為柔性傳感器，重點突破柔性傳感在實用化過程中遇到的傳感材質(zhì)柔彈性差、傳感器件靈敏度低和可穿戴性差等瓶頸問題，積極推進(jìn)其在脈搏、呼吸等人體生理體征監(jiān)測、步姿與手勢等運動狀態(tài)識別等方向上的應(yīng)用，并取得了一定的研究成果與獎勵，以第一作者（共一、通訊）在本領(lǐng)域國內(nèi)外重要期刊Nano Energy、Advanced Fiber Materials、Chemical Engineering Journal、Advanced Electronic Materials、Advanced Materials Interfaces 、Nanoscale等發(fā)表論文17篇，其中影響因子大于15的中科院一區(qū)Top論文6篇；申請發(fā)明專利12項，授權(quán)4項；獲得天津市創(chuàng)新獎學(xué)金1次（2022年），天津市王克昌文化科技獎學(xué)金1次，博士研究生國家獎學(xué)金2次（2021年與2022年）、河北省優(yōu)秀研究生畢業(yè)生1次（2023年），河北工業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)之星1次（2022年）；多次參加學(xué)術(shù)會議并做分會場報告。個人主頁：https://faculty.ujn.edu.cn/wangpeng1/zh_CN/index/149227/list.

孟垂舟：河北工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院特聘教授，博士生導(dǎo)師。國家海外高層次人才引進(jìn)計劃青年特聘專家、河北省海外高層次青年人才、河北省僑聯(lián)僑界專家委員會委員。清華大學(xué)物理學(xué)學(xué)士、博士學(xué)位，曾任職美國普渡大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系博士后研究員、美國IBM半導(dǎo)體研發(fā)中心高級工程師、新奧集團(tuán)能源研究院石墨烯/儲能/能源新材料等技術(shù)中心主任。長期從事新型納米材料和高分子彈性體的制備研究，以及其在能源轉(zhuǎn)換與存儲、生物醫(yī)學(xué)傳感、柔性電子皮膚、可穿戴健康設(shè)備、和健康護(hù)理裝備上的應(yīng)用開發(fā)。

沈國震：北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院特聘教授，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者。長期從事低維半導(dǎo)體材料及相關(guān)柔性電子器件的研究。以第一完成人身份獲北京市科學(xué)技術(shù)二等獎、中國材料研究學(xué)會科學(xué)技術(shù)一等獎等�，F(xiàn)任英國皇家化學(xué)會會士、中國材料研究學(xué)會理事。發(fā)表SCI收錄論文300余篇，獲引用超過3萬，H-index為94。

李陽：山東大學(xué)集成電路學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，IEEE高級會員，科技部中韓青年科學(xué)家、山東省泰山學(xué)者青年專家、山東省高校集成電路創(chuàng)新團(tuán)隊帶頭人、山東省優(yōu)青、山東省青年科技人才托舉工程入選者、齊魯青年學(xué)者，主持國家自然科學(xué)基金項目、科技部項目、山東省優(yōu)秀青年基金項目、山東省重點研發(fā)計劃項目等省部級以上項目10余項。主要研究領(lǐng)域：新一代半導(dǎo)體材料與器件；“傳感存算一體化”芯片系統(tǒng)。已累計發(fā)表SCI檢索論文100余篇，其中以第一作者/通訊作者在Chem. Soc. Rev.、Matter、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、IEEE Trans. Electron, Dev. 等領(lǐng)域內(nèi)頂尖期刊上發(fā)表中科院一區(qū)文章45篇，包含封面文章10篇，授權(quán)國家發(fā)明專利15項，韓國發(fā)明專利11項。

原文信息

Peng Wang, Gengsheng Liu, Guifen Sun, Chuizhou Meng *, Guozhen Shen *, and Yang Li *. An integrated bifunctional pressure?temperature sensing system fabricated on a breathable nanofiber and powered by rechargeable zinc-air battery for long-term comfortable health care monitoring. Adv. Fiber Mater., 2024.

https://doi.org/10.1007/s42765-024-00398-5