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中國科學院大連化學物理研究所Liang Feng --柔性Ti3C2Tx MXenePANI細菌纖維素氣凝膠用于電子皮膚和氣體傳感

由碳材料制成的柔性壓力傳感器已經應用于電子皮膚(e-skin)中，如果采用復合傳感材料，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/細菌纖維素(MXene/PANI/BC)氣凝膠傳感器。與更少層或單層的MXenes相結合，制成的氣凝膠可作為壓力傳感器的主動層，監測手指彎曲、手腕彎曲和脈搏跳動等微小運動信號。藍牙無線傳輸還可以實時監測手機上的空間壓力分布，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,aerogel-based傳感器敏感對NH₃由于獨特的三維(3 d)氣凝膠的結構和豐富的終端組(如-O,-OH,-F)的MXene傳感的系統,確保高效的電子轉移過程,創造活躍的站點與目標氣體的吸收。這項工作為開發MXenes提供了一個通用平臺，用于制造高性能柔性多傳感器的3D復合氣凝膠。

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氣凝膠質量輕。(b)單層MXene的TEM圖像。(c)少層/單層MXene溶液產生的廷德爾效應。(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氣凝膠連續五次壓縮試驗。

圖3 (a)相對電阻在壓力0 ~ 70 kPa范圍內的變化。(b)加載卸載循環下不同壓力的重復傳感響應。(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。插圖:安裝在不同彎曲角度的手指上的傳感器的光學圖像。(e)監測手腕彎曲的傳感器響應傳感。插入:安裝在手腕上的傳感器的光學圖像。(f)傳感器檢測手腕脈沖的傳感響應。插入:安裝在手腕上的傳感器的光學圖像。

圖4. (a)無線傳輸的概念。(b−d)從阻力響應中得到的相關壓力分布。

圖5 (a) Ti₃C₂T_x MXene/PANI/BC復合氣凝膠氣體傳感器在濃度2.5-12.5 ppm范圍內對NH₃氣體的響應。(b)對NH₃濃度的定量響應變化(n = 3)。(c) Ti₃C₂T_x MXene/PANI/BC復合氣凝膠氣體傳感器對實驗周期的定量響應變化。(d) MXene/PANI/BC復合氣凝膠氣體傳感器的選擇性。(e)響應與相對濕度的關系。(f) MXene/PANI/BC復合氣凝膠基氣體傳感器7天內的穩定性。

圖6 Ti₃C₂T_x MXene/PANI/BC復合氣凝膠氣體傳感器的氣敏機理。

相關科研成果由中國科學院大連化學物理研究所Liang Feng等人于2021年發表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://pubs.acs.org/10.1021/acsami.1c12991）上。原文：Flexible Ti₃C₂T_x MXene/PANI/Bacterial Cellulose Aerogel for e?Skins and Gas Sensing。

轉自《石墨烯雜志》公眾號



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