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  近日，華南理工大學機械與汽車工程學院安全科學與工程研究所江賽華教授課題組在極端環境下可穿戴傳感器技術研究方面取得進展。該團隊利用多種耐火材料，并結合靈活多樣的MXene油墨電路，設計制備出了適用于火場環境下的自供電傳感器。該傳感器能夠識別多種應急手勢和復雜的步態模式，為可穿戴電子技術和安全智能防護裝備領域提供了一種新穎的思路，相關論文以“Facile monitoring for human motion on fireground by using MiEs-TENG sensor”為題發表在學術期刊Nano Energy。

  由于>200℃的火場中，工人或消防員面臨陌生或危險的情況或多或少會做出一些不安全的行為，導致其生命安全受到較大的影響。近年來隨著信息技術的進步，基于分布式傳感器的數據驅動的運動監測可以提供實時的安全相關信息，幫助人們更安全、更智能地工作。然而傳統的傳感器由于外部供電會帶來過多的能耗和復雜的布線，限制了運動監測的進一步發展。最近，基于摩擦納米發電機（TENG）的自供能傳感器因其無需外部電源，為人體運動監測提供了一個理想的平臺。

  針對于危險的火場高溫環境，TENG具有鮮明的優勢：

• 1. 它具有可持續性、最小化和獨立性的特征，非常容易集成到人體上；

• 2. TENG的電輸出信號，包括開路電壓（Voc）、短路電流（Jsc）、頻率、幅度等，可以主動發出并進一步分析以關聯不同的運動；

• 3. 適用于TENG的材料選擇范圍非常廣，許多有著杰出阻燃耐熱性能的材料都可以用來組裝TENG傳感器。

  因此，基于TENG傳感器的運動監測在火場個人防護技術中展現出巨大的潛力。

  到目前為止，已經進行了大量的關于防火耐熱TENG傳感器的工作。現有的阻燃耐熱TENG報道中，工作的重心大多集中在材料本身上，使用的電極也僅僅局限于普通電極。這使得傳感器對人體動作的識別被限制在簡單的動作范圍（步行、跑步、跌倒）。與此同時，復雜的材料制備也限制了其進一步商業化。研究團隊提出了使用MXenes-inks印刷為可編程或圖案化電路來收集各種人體動作信息，直接采用商用芳綸無紡布和耐熱硅膠分別用作摩擦帶電正極材料和摩擦帶電負極材料進行TENG傳感器的組裝。芳綸織物/MiEs在高溫（<400℃）環境中表現出良好的耐熱和阻燃特性，同時還具有令人滿意的摩擦電性能和<100 ohm/cm的電導率。研究團隊全面的測試了傳感器組成材料的摩擦電性能，耐熱性能和阻燃性能，TENG傳感器經過火焰直接燃燒前后的主動電輸出如視頻所示。

  進一步，研究團隊基于MiEs的圖案化電路設計以及上述摩擦電材料的組合而巧妙開發出了緊急手勢TENG（E-TENG）傳感器和步態識別TENG（G-TENG）傳感器。具體而言，E-TENG利用硅膠和芳綸組裝成帶有拱形結構的傳感器，它可以感知手臂彎曲（其靈敏度為0.11 V/deg），以區分簡單的緊急手勢（停止、右轉和左轉）。

  G-TENG傳感器在感知壓力分布和不同步態方面具有良好的性能。同時研究團隊結合了機器學習中支持向量機的分類算法，首先利用一個G-TENG對向前走、向后走、向左跨步和向右跨步進行了步態分類，獲得了92.85%的分類精度。隨后，為了探索G-TENG更多的潛力，利用2個傳感器對7個更復雜的步態（平路行走、下坡行走、跑步、右腳跳躍、雙腳跳躍、上樓梯和下樓梯）進行了識別和分類（分類精度為92.18%）。團隊基于MXenes-inks油墨電極和阻燃材料制備的自供電傳感器可以很好的識別人體動作，有望用來真正意義上監測極端環境下人體動作，并進一步保護其安全。

  華南理工大學碩士生孫平為該論文的第一作者，江賽華教授為文章的通訊作者，華南理工大學是論文第一單位。該研究工作得到了國家重點研發計劃、廣東省自然科學基金和火災科學國家重點實驗室開放基金等項目的資助。

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128552100745X