随着人们重视身体健康程度的增加，具有生理信号监测功能的柔性传感器得到快速发展，但是供电能力与透气性限制了其长时间穿戴应用。为此，该工作通过3D打印直写技术将可充放电的锌空气电池引入多功能传感系统中，在电池的作用下，该系统可以连续监测人体温度与脉搏信号达4小时以上。

  近期，河工大孟垂舟/北理工沈国震/山大李阳教授联合在Advanced Fiber Materials上发表了题为“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。论文第一作者是济南大学机械工程学院青年英才岗王鹏博士，该成果以具有良好透气性的静电纺丝纳米纤维为基底，使用3D打印直接技术将锌空气电池、电阻式压力传感器与温度传感器进行集成，获得了可依靠自身供电连续工作4小时的健康监测手环。

图1 可供电的多功能传感系统（a）结构示意图与（b）功能示意图

  得益于TPU静电纺丝纳米纤维薄膜的疏水与透气特性，以此为基底的可自供电的多功能传感系统可以有效防止汗液的侵蚀，可以有效提升其空气与水蒸气的交换能力，从而保证了该系统的穿戴舒适性（图3）。

图3 可供电的多功能传感系统的（a-b）疏水与（f-g）透气特性

  凝胶聚合物电解质嵌入空气电极和锌电极之间后形成锌空气电池，该电池有1.39V的开路电压，良好的充放电特性与稳定的充放电特性。

图5 锌空气电池的工作机理与性能测试

图6 可供电的多功能传感系统的（a-b）工作流程示意图与（c）人体温度、脉搏信号的长时间监测

作者介绍

王鹏：济南大学机械工程学院讲师，校聘青年英才岗，研究方向为柔性传感器，重点突破柔性传感在实用化过程中遇到的传感材质柔弹性差、传感器件灵敏度低和可穿戴性差等瓶颈问题，积极推进其在脉搏、呼吸等人体生理体征监测、步姿与手势等运动状态识别等方向上的应用，并取得了一定的研究成果与奖励，以第一作者（共一、通讯）在本领域国内外重要期刊Nano Energy、Advanced Fiber Materials、Chemical Engineering Journal、Advanced Electronic Materials、Advanced Materials Interfaces 、Nanoscale等发表论文17篇，其中影响因子大于15的中科院一区Top论文6篇；申请发明专利12项，授权4项；获得天津市创新奖学金1次（2022年），天津市王克昌文化科技奖学金1次，博士研究生国家奖学金2次（2021年与2022年）、河北省优秀研究生毕业生1次（2023年），河北工业大学学术之星1次（2022年）；多次参加学术会议并做分会场报告。个人主页：https://faculty.ujn.edu.cn/wangpeng1/zh_CN/index/149227/list.

孟垂舟：河北工业大学机械工程学院特聘教授，博士生导师。国家海外高层次人才引进计划青年特聘专家、河北省海外高层次青年人才、河北省侨联侨界专家委员会委员。清华大学物理学学士、博士学位，曾任职美国普渡大学生物医学工程系博士后研究员、美国IBM半导体研发中心高级工程师、新奥集团能源研究院石墨烯/储能/能源新材料等技术中心主任。长期从事新型纳米材料和高分子弹性体的制备研究，以及其在能源转换与存储、生物医学传感、柔性电子皮肤、可穿戴健康设备、和健康护理装备上的应用开发。

沈国震：北京理工大学集成电路与电子学院特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。长期从事低维半导体材料及相关柔性电子器件的研究。以第一完成人身份获北京市科学技术二等奖、中国材料研究学会科学技术一等奖等。现任英国皇家化学会会士、中国材料研究学会理事。发表SCI收录论文300余篇，获引用超过3万，H-index为94。

李阳：山东大学集成电路学院教授，博士生导师，IEEE高级会员，科技部中韩青年科学家、山东省泰山学者青年专家、山东省高校集成电路创新团队带头人、山东省优青、山东省青年科技人才托举工程入选者、齐鲁青年学者，主持国家自然科学基金项目、科技部项目、山东省优秀青年基金项目、山东省重点研发计划项目等省部级以上项目10余项。主要研究领域：新一代半导体材料与器件；“传感存算一体化”芯片系统。已累计发表SCI检索论文100余篇，其中以第一作者/通讯作者在Chem. Soc. Rev.、Matter、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、IEEE Trans. Electron, Dev. 等领域内顶尖期刊上发表中科院一区文章45篇，包含封面文章10篇，授权国家发明专利15项，韩国发明专利11项。

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