李露颖岳阳马亚楠《ACS nano》MXene气凝胶用于自愈柔性电子皮肤

在日益流行的微型柔性智能电子产品中，二维材料因其分层结构和优异的电学性能，在柔性电子产品的发展中显示出巨大的潜力。mxene因其优异的亲水性和金属导电性在柔性电子领域引起了广泛的关注。然而，由于其有限的层间距和自堆积倾向，导致外压下电子通道的变化有限，难以利用其优异的表面金属导电性。提出了一种快速气体发泡制备层间可调MXene气凝胶的方法。具有丰富层间网络结构的MXene气凝胶在压力下产生最大限度的电子通道，有利于有效利用MXene的表面金属特性;具有灵敏度高(1799.5 kPa-1)、响应时间快(11 ms)、循环稳定性好(> 25000次循环)等传感性能。该压力传感器可应用于人体检测、人机交互、自愈、远程监测、压力分布识别等方面。最大化电子通道设计提供了一种简单、高效、可扩展的方法来有效地利用二维材料的优异表面金属导通。

图文简介

图1。具有最大电子通道的MXene气凝胶用于自愈合柔性压力传感器。(A)气体发泡制备MXene气凝胶。(B、C)器件制作工艺及压力传感器部件示意图

图2。形貌和材料表征。(A) Ti3AlC2 MAX相微团簇的SEM图像。(B) Ti3C2Tx MXene纳米片及其粒径分布的SEM图像。(C) MXene纳米片的TEM图像。(D) MXene纳米片的AFM图像。插入剖面表明纳米片厚度为1.41 nm。(E) MXene/GO复合薄膜(60% GO)和(F) MXene/rGO气凝胶的截面SEM图像，以及相应的Ti、C、O和F元素的EDS元素图。(G) MXene/GO薄膜和MXene/rGO气凝胶的孔隙率。(H) MXene薄膜、GO薄膜、MXene/GO薄膜、MXene/rGO气凝胶的XRD谱。(I) MXene、GO和MXene/GO溶液的Zeta电位分析。(J) MXene薄膜、GO薄膜、MXene/GO薄膜和MXene/rGO气凝胶的拉曼光谱。(K)互数型MXene纸基电极的SEM图像。

图3。MXene/rGO气凝胶的结构演化及压力传感器的作用机理。(A)不同比例氧化石墨烯和还原氧化石墨烯的MXene/GO薄膜和MXene/rGO气凝胶的厚度图。(B) MXene薄膜、MXene/GO薄膜和MXene/rGO气凝胶的XPS光谱，其中c1s和Ti 2p的高分辨率光谱。与氧化石墨烯混合后，C 1s和O 1s的信号增加，而蒸汽形成降低了O 1s的信号。(C)通过产生的内部气体扩大层间空间的MXene/rGO气凝胶结构演化的插图。(D)显示最终MXene/rGO气凝胶截面结构的SEM图像。(E)对应孔隙度变化的现场SEM图像(下面板)。在压力作用下，导电通道随着孔隙率的减小而逐渐增大，当压力消失时，导电通道又恢复到原来的状态。

图6。(A)水下压力探测。(B)机器人运动检测。(C) 4 × 4微压阵列检测重量分布。(四)通过蓝牙模块远程监控压力信号(等效电路图见右上角)。(E)自愈机制示意图(左);在对传感器进行自修复处理后，压力控制电路仍能正常工作(右)。

论文信息

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c09933

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