太阳紫外线辐射是皮肤癌和红斑的主要诱因，对人类健康构成不可逆威胁。尽管大气臭氧层能阻挡全部UVC和90%以上的UVB，但穿透性更强的UVA（315-400 nm）仍可导致皮肤光老化、色素沉着甚至癌变。由于短期暴露无明显不适，UVA危害常被忽视。现有紫外监测技术面临关键挑战：无机半导体传感器缺乏柔韧性；钙钛矿材料成本高且不耐弯折；光致变色材料无法实时量化数据。开发兼具光谱选择性（315-400 nm）、动态响应（0-20 mW·cm⁻²）、可拉伸性且可回收的穿戴式传感器成为当务之急。

北京航空航天大学陈爱华教授团队开发出一种基于偶氮苯-热塑性聚氨酯（Az-TPU）与压电材料P(VDF-TrFE)复合纤维的实时太阳能UVA剂量监测器。该器件通过分子结构设计，以偶氮苯和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）为硬段，聚四亚甲基醚二醇（PTMG）为软段，形成物理交联网络和均匀微相分离结构。其在80毫秒内响应UVA辐射，在0.05-50 mW·cm⁻²光强范围内保持优异线性相关性（R²=0.997），并能在10%拉伸应变下动态工作。结合蓝牙传输技术，可实现户外紫外线剂量实时监测。相关论文以“A Real-Time Solar UVA Dose Monitor Based on Recyclable Azobenzene-Containing Elastomer Fabrics”为题，发表Advanced Materials上。

图1 揭示了器件设计策略：通过静电纺丝将Az-TPU与PVDF-TrFE（质量比7:3）制备成取向复合织物（图1c）。分子结构中偶氮苯基团作为光响应单元（图1b），在UVA照射下发生顺反异构化（图1f），引起0.55nm→0.9nm的分子收缩（图1e），进而压迫PVDF-TrFE产生压电信号。AFM成像（图1d）显示均匀的微相分离结构（表面粗糙度Rq=3.89 nm），为高效光电转换奠定基础。

图1. Az-TPU/PVDF-TrFE器件的设计策略与工作机制 

图2 阐明光强-应力-电流的转换行为：随着偶氮苯含量增加（图2a），织物内部应力同步增强（图2b）。低光强/高偶氮苯含量时电流呈三角波（平衡延迟），高光强/低含量时转为脉冲波（应力松弛），而Az₃₀PTMG₇₀在0.1–20 mW·cm⁻²区间产生稳定方波（图2c），精准匹配太阳UVA强度范围（图2d）。层状UV渗透模型（图2e）解释了三阶段异构化动力学——表层纤维快速响应主导初期信号。

图2. 四种不同偶氮苯含量器件的紫外辐照-内应力-电响应转换行为

图3 展示优化器件的卓越性能：80毫秒快速响应（图3b），0.05–50 mW·cm⁻²宽域线性响应（图3a），电流变化与光强关系为ΔIₛc=0.97P+0.30（图3c）。经360次循环照射（图3d），累计剂量误差<1%，且溶解再制备后性能保持不变，验证了可回收性。

图3. Az-TPU基器件性能 

图4 证实机械鲁棒性：Az-TPU织物拉伸强度达18.5 MPa（图4a），添加PVDF-TrFE后仍保持16.2 MPa。经历2000次100%拉伸或5000次1.9 cm⁻¹弯曲后，响应线性未衰减（图4b）。动态测试中（图4c-d），30%拉伸或1.4 cm⁻¹弯曲下信号稳定，10%应变仅产生0.2nA背景噪声，满足可穿戴需求。

图4. 机械性能与紫外动态响应

图5 演示实际应用：蓝牙模块将信号传输至手机APP（图5a），实时显示UVA强度与累计剂量（图5b-c）。通过皮肤类型选择功能个性化预警（安全/中度/高危等级）。户外测试中（图5g），滤除UVB/可见光干扰后（图5d-f），晴/阴天监测误差<1%，连续工作240小时性能无衰减。

图5. 蓝牙输出与太阳能UVA监测

该技术通过分子主链设计解决了可穿戴紫外线监测的四大痛点：物理交联网络赋予器件可回收性（离子液体溶解再纺丝）；微相分离结构实现80毫秒级快速响应；压电-光机械耦合机制达成零偏压自供电；10%应变不敏感特性保障动态监测精度。经240小时连续紫外老化测试，器件结构性能未见衰减，具备全天候户外应用潜力。未来通过规模化生产，该技术有望成为个人健康管理的核心组件，为皮肤癌预防提供精准数据支撑。

（来源：高分子科学前沿）