柔性電子器件因其靈活性、舒適性、多功能性和高靈敏度而備受關注，集成了柔性電子元件的可穿戴傳感系統被廣泛用于實時監測人體信號和危險警報。然而，這些系統通常需要外部電源和頻繁充電。開發從人體微環境中獲取能量而非依賴外部電源的自供電傳感系統是一項重大挑戰。

近日，江南大學王強教授課題組制備了一種柔韌、反應靈敏、高拉伸性和高透氣性的聚（3,4-乙撐二氧噻吩）/多壁碳納米管（PEDOT/MWCNT）熱電織物，可用于消防服絕緣層破損（溫度）和消防員移動異常（應變）的雙參數協同感應。

研究人員基于PEDOT和MWCNT出色的塞貝克效應，將PEDOT/MWCNT@PLF組裝成自供電溫度傳感器，并在室溫下進行了溫度靈敏度測試。結果表明，即使經過1000次彎曲，該熱電織物的電導率和塞貝克系數也僅有輕微下降，具有良好的可重復性和穩定性。基于靈敏、穩定的溫度識別和連續自供電性能，當玻璃棒和手指接觸該溫度傳感器時，分別出現了微弱的負信號和較強的正信號，溫度傳感器的響應時間僅為0.60 s。

基于熱電效應的PEDOT/MWCNT@PLF溫度傳感測試

PEDOT/MWCNT@PLF傳感器不僅對溫度敏感，而且具有良好的機械性能和拉伸性，每個織物樣品都能完成超過320%的應變，完全適合用于人體關節健康監測的智能可穿戴設備。而且，該應變傳感器對于不同的手指彎曲角度（30°、45°、60°和90°）也會響應正相關的電信號，因此利用集成在手腕上的應變傳感器可以分辨手腕彎曲的幅度。

PEDOT/MWCNT@PLF應變傳感器的應變傳感性能和人體運動監測

PEDOT/MWCNT@PLF具有靈敏的溫度識別能力、良好的機械性能和拉伸性，因此被開發成一種自供電雙參數傳感器，具有健康異常和溫度閾值警報功能。雙模式傳感器被集成到手腕、手指、膝蓋和腳踝等身體關節處，以實時檢測使用者的運動；集成到舒適層和隔熱層之間，可以監測消防服的破損情況。一旦消防員在事故現場被困或受傷，或消防服隔熱層的溫度達到臨界值，雙參數傳感將實時提醒消防員健康異常，并提醒基地工作人員及時實施救援，保護消防員的人身安全。

根據該傳感器相對電阻可重復和有規律的變化，可以區分手腕、手指和腳踝的信號。如果信號相對較小，則說明消防員處于危險之中，需要立即得到支持和幫助。另一方面，當智能手套靠近火焰時，PEDOT/MWCNT@PLF的兩端形成了體溫與火焰溫度之間的溫差，因此該傳感器可以快速響應熱電壓信號，離開高溫環境后，熱電壓信號消失。當輸出的熱電壓超過閾值時，提醒消防服已損壞，必須及時更換或降溫，確保人身安全。

自供電傳感器集成到消防服中的實際應用

相關研究成果以“Highly stretchable, sensitive, and multifunctional thermoelectric fabric for synergistic sensing systems of human signal monitoring”為題發表在Advanced Fiber Materials上。