由碳材料制成的柔性壓力傳感器已經(jīng)應(yīng)用于電子皮膚(e-skin)中，如果采用復(fù)合傳感材料，其性能將得到提高。本文通過MXene與一維活性材料之間的自組裝過程，制備了MXene/聚苯胺/細(xì)菌纖維素(MXene/PANI/BC)氣凝膠傳感器。與更少層或單層的MXenes相結(jié)合，制成的氣凝膠可作為壓力傳感器的主動(dòng)層，監(jiān)測(cè)手指彎曲、手腕彎曲和脈搏跳動(dòng)等微小運(yùn)動(dòng)信號(hào)。藍(lán)牙無線傳輸還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手機(jī)上的空間壓力分布，使得基于氣凝膠的傳感器成為電子皮膚的理想選擇。與此同時(shí),aerogel-based傳感器敏感對(duì)NH
3由于獨(dú)特的三維(3 d)氣凝膠的結(jié)構(gòu)和豐富的終端組(如-O,-OH,-F)的MXene傳感的系統(tǒng),確保高效的電子轉(zhuǎn)移過程,創(chuàng)造活躍的站點(diǎn)與目標(biāo)氣體的吸收。這項(xiàng)工作為開發(fā)MXenes提供了一個(gè)通用平臺(tái)，用于制造高性能柔性多傳感器的3D復(fù)合氣凝膠。
圖1 MXene/PANI/BC氣凝膠的組成和MXene/PANI/BC氣凝膠用于電子皮膚和氣體傳感器的原理圖。
圖2 (a) MXene/PANI/BC氣凝膠質(zhì)量輕。(b)單層MXene的TEM圖像。(c)少層/單層MXene溶液產(chǎn)生的廷德爾效應(yīng)。(d-f)不同分辨率下MXene/PANI/BC氣凝膠的SEM圖像。(g) MXene/ PANI/BC氣凝膠的EDS圖像。(h) MXene和MXene/PANI/BC氣凝膠的XRD譜圖。(i) MXene/PANI/ BC氣凝膠連續(xù)五次壓縮試驗(yàn)。
圖3 (a)相對(duì)電阻在壓力0 ~ 70 kPa范圍內(nèi)的變化。(b)加載卸載循環(huán)下不同壓力的重復(fù)傳感響應(yīng)。(c) 68.18 kPa壓力下的騎行耐久性。(d)手指彎曲傳感器的傳感響應(yīng)。插圖:安裝在不同彎曲角度的手指上的傳感器的光學(xué)圖像。(e)監(jiān)測(cè)手腕彎曲的傳感器響應(yīng)傳感。插入:安裝在手腕上的傳感器的光學(xué)圖像。(f)傳感器檢測(cè)手腕脈沖的傳感響應(yīng)。插入:安裝在手腕上的傳感器的光學(xué)圖像。
圖4. (a)無線傳輸?shù)母拍睢?b−d)從阻力響應(yīng)中得到的相關(guān)壓力分布。
圖5 (a) Ti
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x MXene/PANI/BC復(fù)合氣凝膠氣體傳感器在濃度2.5-12.5 ppm范圍內(nèi)對(duì)NH
3氣體的響應(yīng)。(b)對(duì)NH
3濃度的定量響應(yīng)變化(n = 3)。(c) Ti
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x MXene/PANI/BC復(fù)合氣凝膠氣體傳感器對(duì)實(shí)驗(yàn)周期的定量響應(yīng)變化。(d) MXene/PANI/BC復(fù)合氣凝膠氣體傳感器的選擇性。(e)響應(yīng)與相對(duì)濕度的關(guān)系。(f) MXene/PANI/BC復(fù)合氣凝膠基氣體傳感器7天內(nèi)的穩(wěn)定性。
圖6 Ti
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x MXene/PANI/BC復(fù)合氣凝膠氣體傳感器的氣敏機(jī)理。
相關(guān)科研成果由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所Liang Feng等人于2021年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://pubs.acs.org/10.1021/acsami.1c12991）上。原文：Flexible Ti
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x MXene/PANI/Bacterial Cellulose Aerogel for e?Skins and Gas Sensing。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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