人工智能技術正在迅速發展，為健康監測、人機交互、康復娛樂等提供復雜的信號分析。然而，這一進展依賴于廣泛的數據收集，而傳統的傳感器通常體積龐大、笨重且成本高昂，往往需要外部電源或頻繁充電，這限制了可穿戴器件的使用性和便攜性。因此，開發一種體積較小、易于監測、可大范圍推廣使用的多功能傳感器顯得尤為重要。近年來，熱電、摩擦電、壓電等能量收集技術的出現在可穿戴器件領域取得了快速的發展。其中，利用環境中溫度的變化直接將熱能轉化為電能的可穿戴熱電器件，成為具有潛在價值的能源供應系統。在現有的可穿戴熱電器件中，基于薄膜基材的可穿戴熱電器件通常表現出值得稱贊的熱電傳感性能，但往往存在較差的透氣性、靈活性和集成較難等相關問題，影響穿戴者的舒適度。
針對以上問題，江南大學王潮霞教授和加拿大滑鐵盧大學Yuning Li 教授提出了一種具有多功能傳感能力和自供電潛力的MXene熱電織物。這種以織物為基材的可穿戴熱電器件，利用織物基材自身的柔韌性和透氣性，成功解決了人體穿著舒適性問題。而基于MXene材料設計的熱電織物在溫度傳感和應變傳感方面都表現出色，是連續數據收集和監控的理想選擇。這種將MXene材料和與紡織技術相結合的能力，推動可穿戴智能織物的發展，使智能織物離實用更進一步，展示了在能量收集、運動跟蹤和健康監測方面具有廣闊的應用前景。
圖1 MXene熱電織物的制備工藝和應用
當MXene熱電織物的兩端分別與冷源(未加熱)和熱源(加熱)接觸時，兩端的溫差誘導電子從熱端流向冷端，迫使電子在MXene熱電織物冷端不斷積累，從而導致MXene熱電織物兩端的電壓差不斷增加。熱電性能表征結果顯示MXene熱電織物的最高塞貝克系數達到-9.97 μVK-1，且具有良好的熱電循環穩定性（圖2）。
圖3 MXene熱電織物的應變傳感性能
圖4 MXene熱電織物的熱電傳感陣列原理圖、觸覺響應和呼吸監測應用
圖5 MXene熱電織物對身體關節的運動監測
該研究工作以“MXene-based thermoelectric fabric integrated with temperature and strain sensing for health monitoring”為題發表在Journal of Materials Science & Technology期刊，通訊作者為江南大學紡織科學與工程學院王潮霞教授和加拿大滑鐵盧大學化學工程系Yuning Li 教授，第一作者為江南大學20級博士研究生彭軍。該工作得到國家自然科學基金和中國留學基金委等項目資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.06.011
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