随着可穿戴电子产品需求的增加,可用于实时监测和收集人体体征信号的柔性压阻传感器(PRS)受到了广泛的关注。相比于二维平面结构,具有压缩回弹特性的导电多孔材料更适合用于PRS的组装,它可以大幅度改善柔性PRS器件的压阻灵敏度、检测限和响应时间。利用水热处理和高温碳化等技术,将天然多孔的生物质材料制备成具有压缩回弹和导电特性的三维多孔材料,是当前PRS研究领域里一种可行的方法。但是,由于高温碳化过程中,生物质材料容易发生结构变形,材料脆性大,致使制备得到的多孔材料力学性能较差,无法满足高灵敏度和低检测限PRS传感器的组装。
图2. (a-b) 剥离后MXene纳米片的TEM和AFM图; (c-d) 水性MXene油墨用于丝网印刷; (e) Paper和Paper@MXene的I?V曲线; (f) Paper@MXene在不同电压作用10 s下表面温度分布图; (g) BOPP/MXene/Paper驱动器的制备示意图; (h-i) BOPP/MXene/Paper驱动器在不同电压作用10 s后弯曲变化的光学图; (j) 驱动器的电致驱动响应机理示意图。
图3. (a) MX-PFS的宏观图; (b-c) MX-PFS截面的显微图; (d) PFS的SEM图; (e-f) MX-PFS的SEM图; (g) MX-PFS的元素扫描图; (h-i) PFS和MX-PFS的XRD和FT-IR谱图。
图4. (a-b) MX-PFS@PDMS压缩-回弹过程图; (c-d) MX-PFS@ PDMS的应力-应变曲线; (e) 应变为50%条件下,材料多次压缩-回弹后高度变化图; (f-g) MX-PFS@PDMS在不同压应变下的结构变形情况。
图5. (a-b) MX-PFS@PDMS传感器在不同压缩应变作用条件下RGB-LED灯亮度变化图; (c-e) MX-PFS@PDMS传感器的应变-电阻变化率曲线、压阻灵敏度曲线和响应时间曲线; (f) 不同MXene油墨添加量的MX-PFS@PDMS传感器应变-电流变化率曲线; (g) 不同作用力条件下MX-PFS@PDMS传感器的C-V曲线; (h-i) 50%压缩应变条件下,MX-PFS@PDMS传感器在不同压缩频率和连续循环压缩-回弹条件下的应变-电流变化率曲线。
图6. MX-PFS@PDMS粘附在人体不同部位收集到的信号曲线,包含(a) 手指压缩;(b) 手指弯曲;(c) 手腕弯曲;(d) 膝盖弯曲;(e) 脸颊凸起;(f) 喉咙发声和(g) 肘部脉搏跳动。
文献链接:Piezoresistive Sensor Containing Lamellar MXene-Plant Fiber Sponge Obtained with Aqueous MXene Ink. ACS Applied Materials & Interfaces, 2022. DOI:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c15922
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