Silk fibroin/Ag nanowire-based multifunctional sensor for wearable self-powered wireless multi-sensing microsystems

微系统 材料科学 丝素 可穿戴计算机 无线传感器网络 纳米发生器 压力传感器 电光传感器 可穿戴技术 计算机科学 纳米技术 压电 嵌入式系统 机械工程 丝绸 复合材料 工程类 计算机网络
作者
Dan-Liang Wen,Peng Huang,Boyuan Li,Yu Feng Qiu,Yi-Lin Wang,Xinran Zhang,Hai-Tao Deng,Xiaosheng Zhang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:113: 108569-108569 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108569
摘要

Wearable sensing devices play an increasingly important role in advancing the rapid development of the Internet of Things (IoT) and artificial intelligence (AI), and a smart sensing network based on wide-distributed sensing nodes has become an appealing trend. However, monolithic integration of multiple sensing functions is still a critical issue for sensing nodes. Herein, we present a flexible multifunctional sensor based on a silk fibroin/silver nanowire (SF/AgNW) composite film. Mask spray coating technology is optimized to prepare the functional sensing layer with a cross-linked AgNW network structure inside. The association of the SF/AgNW composite film and the cross-linked AgNW network structure endows the developed sensor with pressure sensing characteristics and temperature sensing characteristics. Furthermore, by in-depth analysis of the coupling law between the input variables and the resistance changes, the sensor is successfully extended to realize the functions of finger proximity detection and human breathing monitoring. Additionally, the sensor is successfully confirmed to possess remarkable mechanical reliability and sensing characteristic stability by a systematic experiment. More importantly, to highlight the practical feasibility of the proposed sensor, an all-in-one self-powered wireless multi-sensing microsystem is constructed based on the developed sensor, a high-performance triboelectric-piezoelectric-electromagnetic hybrid generator (TPEHG), and system circuits. With the TPEHG as the only power source, the microsystem is successfully demonstrated to realize continuous self-powered work and sense environmental variables through the developed sensor. Meanwhile, the obtained sensing data are transmitted to a mobile phone in real time at 1 Hz. The multiple sensing characteristics of the sensor and the autonomous features of the microsystem give them outstanding potential and value in the smart IoT field, especially in constructing a distributed smart sensing network.
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