近期，未来科学国际合作联合实验室毫米微波技术与应用团队在Advanced Materials上发表题为“Flexible Self‐Powered Integrated Sensing System with 3D Periodic Ordered Black Phosphorus@MXene Thin‐Films”的研究工作。研究团队设计了一种新型MXene/BP半导体薄膜基自供电柔性感知集成系统。该自供电柔性感知集成系统是由柔性压力电子器件、激光直写微型超级电容器和柔性太阳能电池构成。其中微型超级电容器具有较高的能量存储能力，用以驱动柔性压力传感器工作，补偿光照明的间歇性。不仅能够在光照下工作，在黑暗的条件下也能够实现长时间正常运行，真正实现自供电柔性人体健康检测功能。

柔性可穿戴设备在定制化人体健康监测以及便携式医疗等领域发展迅速，能够实时准确监测人体各种生理信号(心率、运动、声音和体温变化等)，能及时守护人体健康，极大地提升人类的生活质量。然而，对于下一代生物医学设备的应用来说，迫切需要具有长巡航时间、高操作安全性和机械灵活性的可穿戴柔性传感器系统。在不需要外部电源的情况下，对生理信号进行准确、连续的检测是实现可穿戴电子产品优化和快速发展的关键技术。

以上应用需要传感器能够准确、连续地检测生理信号，不需要庞大的连接线或外部电源的接入。自供电集成设备能够将一些环境能量高效地转化为电能，在为实现生物信号实时检测的同时，还能够实现多余能量的存储，无需外部供能就能进行持续的人体健康信息实时检测，弥补了传统柔性可穿戴设备存在的不足，为下一代生物医学设备的发展和真正实现柔性设备的便携式长续航应用提供了新的思路。

吉林大学韩炜教授课题组与中国科学院半导体研究所王丽丽和沈国震研究员课题组合作报道通过将柔性压力传感器与直接写入激光的微型超级电容器和太阳能电池集成来设计基于MXene/黑磷（BP）的自供电智能传感器系统。使用逐层（LbL）自组装过程形成周期性的MXene/BP层状交错结构，可在直接写入激光的微型超级电容器中实现高能量存储能力，从而驱动传感器的运行并进行补偿间歇性光照。同时，以MXene/BP作为柔性压力传感器中的敏感层，可以在0.45 MPa的最佳弹性模量下将设备的压力灵敏度提高到77.61 kPa^-1。此外，具有快速响应时间（10.9 ms）的智能传感器系统显示了在生理条件下对人心脏状态的实时检测能力。可以相信，基于MXene材料的设计和集成的研究将为下一代自供电电子学提供一个通用平台。

研究者展示出一种新型的薄膜材料制备方法，同时实现了一种材料的两种不同应用，利用激光直写制备出MXene/BP基柔性微型超级电容器作为能量存储单元，利用MXene/BP薄膜制备了高性能柔性压力传感器作为人体信号采集单元，利用集成技术连接柔性太阳能电池作为能量供应单元，能够实现对环境能量的有益转化、存储和应用。此外，MXene/BP基柔性可穿戴系统能够实现包括心跳脉搏，手指弯曲，关节运动等生理信号的敏锐捕捉，为新型薄膜材料的制备，下一代柔性可穿戴设备的开发和生物医疗领域的发展提供了新的思路。

该工作由吉林大学未来科学国际合作联合实验室毫米微波技术与应用团队与中科院北京半导体所合作完成，得到了国家自然科学基金的支持。相关的研究成果近期发表在Advanced Materials杂志上，第一作者为吉林大学博士研究生张煜浦，通讯作者为吉林大学韩炜教授与中科院北京半导体所王丽丽和沈国震研究员。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202007890