紙基柔性壓力傳感器具有生物可降解性，在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域備受關(guān)注，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的未來。然而，由于親水性纖維素吸水后結(jié)構(gòu)會迅速分解，因此要在高濕度和水下環(huán)境中具備相當?shù)膫鞲行阅苋允且豁椞魬?zhàn)。本研究采用了一種簡便的化學(xué)氣相沉積法，在纖維素纖維上保形地涂上一層薄薄的疏水層，從而制成了一種具有高耐濕性的封裝紙。保持良好的多孔結(jié)構(gòu)保證了紙張的卓越透氣性。浸漬了MXene的微凸結(jié)構(gòu)傳感器層用作傳感層。因此，我們制造出了一種具有高耐濕性和透氣性的全紙壓力傳感器。這種傳感器的特點是傳感范圍廣（0-60 kPa）、靈敏度可接受（39.58 kPa-1 (0-1.01 kPa)、11.95 kPa-1 (1.01-60 kPa)）、檢測限低（≈2.8 Pa）、響應(yīng)和恢復(fù)時間短（93和69 ms）、疏水透氣性可靠、重復(fù)性好（10 000 次循環(huán)）。此外，這種傳感器可以安全地佩戴在人體皮膚上，并能在不同環(huán)境（包括空氣、潮濕環(huán)境甚至水下）中實時監(jiān)測生理信號，為可穿戴技術(shù)提供了可靠、經(jīng)濟和環(huán)保的解決方案。

圖文簡介

a )全紙基傳感器制備工藝示意圖。b )傳感器在空氣和水下的應(yīng)用

a )原紙纖維的SEM圖像。b ) MTS處理后封裝層的SEM圖像。c )使用顏色變化法進行封裝層的透氣性測試。d )原紙的接觸角顯示其天然親水性。e ) MTS處理后封裝層的接觸角顯示疏水性改善。f )不同MTS添加量對封裝層疏水性的影響。g )比較原紙和封裝層的FTIR圖譜。h )原紙和封裝層的XRD圖譜。i )原紙和封裝層的XPS圖譜。j ) S1和MXene/S1復(fù)合材料的FTIR圖譜。k ) S1和MXene/S1復(fù)合材料的XRD圖譜。l ) S1和MXene/S1復(fù)合材料的XPS圖譜。

a )壓力加載和卸載過程中的電流響應(yīng)。b )不同壓力載荷下的I - V曲線。c )不同壓力載荷下的電流信號變化。d ) HBF-S1和HBF-S2傳感器的靈敏度比較。e )響應(yīng)和恢復(fù)時間。f )與其他已報道的壓力傳感器的靈敏度和檢測范圍的比較。g ) 10000 個周期內(nèi)的電流變化率。h )不同壓力載荷下HBF傳感器和PS傳感器的電阻變化。i )圖解說明了傳感機制。

a )手指彎曲的響應(yīng)曲線。b )手指觸摸的響應(yīng)曲線。c )莫爾斯碼識別的響應(yīng)曲線。d )用于監(jiān)測語音清晰度的喉頭安裝傳感器的響應(yīng)曲線。e )足部安裝的HBF傳感器在不同步行頻率下的實時響應(yīng)。f )步行后的放大脈沖響應(yīng)曲線。g )步行和跑步后的脈沖響應(yīng)曲線。h )跑步后的放大脈沖響應(yīng)曲線。

a ) HBF傳感器和基于PDMS的傳感器之間的疏水性和透氣性比較。b )不同封裝材料的透氣性評估。c )描繪HBF傳感器隨時間退化過程的光學(xué)圖像。d )熱成像結(jié)果顯示HBF傳感器在工作期間的散熱性能。e )使用HBF、PDMS、PET和PI封裝的傳感器在不同磨損時間后的皮膚狀況比較。