基于MXene/RGO复合材料的具有多孔压力敏感结构的柔性可穿戴传感器

随着微电子技术与柔性智能电子的快速发展,二维材料因其独特的层状结构,在柔性电子领域具有良好的应用潜力。MXene由于具有良好的导电性与较高的亲水性,在柔性传感领域引起了广泛关注。然而,纯MXene层间距离有限,在压力传感领域受到极大限制。故提出了一种快速发泡技术来实现多孔结构的制备。采用多孔结构的MXene/RGO复合材料作为压力敏感材料,并设计了叉指电极作为传感器的电极引线层,构建了压力传感器。实验结果表明,该传感器具有优异的压力敏感性能,其检测范围可达到0~1.7 MPa,最大传感器灵敏度达到0.556 kPa~(-1),快速响应时间以及释放时间分别为为82 ms和63 ms,且具有良好的稳定性(≥1 800次循环)。同时,在应用研究中表明该压力传感器在人体运动监测、人机交互、医疗监测等领域均具有广泛的应用前景。

CuO/MXene的制备及NO_(2)的气敏性能

为了提升氧化铜(CuO)基气体传感器的传感性能,成功地采用水热法合成了CuO纳米材料并使用乙醇分散制样法合成了CuO/MXene复合纳米材料。通过实验分析和测试了其在不同温度下对低浓度NO_(2)的响应。结果表明,在掺杂MXene之后,传感器的性能得到了提升,且该传感器的最佳工作温度为110℃。在110℃下对低浓度的NO2响应迅速,其响应时间为10 s。经过测试发现该传感器具有优异的稳定性和特异性。

MXene在压力传感中的研究进展

近年来,压力传感器在智能可穿戴纺织品、健康监测、电子皮肤等领域得到了广泛应用。二维纳米材料MXene的出现,为压力传感带来了全新的突破。Ti3C2Tx是压力传感领域研究最多的MXene,具有良好的机械性能、高导电性、优异的亲水性以及广泛的可修饰性,是理想的压力传感材料。因此,近些年研究者们对MXene在压力传感器中的设计和应用进行了大量探索和研究。本文总结了MXene的制备技术和抗氧化方法。同时介绍了基于MXene的微结构设计,包括气凝胶/多孔结构材料、水凝胶、柔性衬底和薄膜。该类设计有利于提高压力传感器的响应范围、灵敏度和柔韧性,促进了压力传感器的快速发展。此外,进一步探讨了MXene压力传感器的工作机制,包括压阻式、电容式、压电式、摩擦电式、电池式和纳米流体式等。MXene以其优异的特性而在各种机制的传感器中得到了广泛应用。最后,对MXene材料的合成、性质以及其在压力传感方面的机遇和挑战进行了展望。

基于MXene空气电极的印刷柔性锌空电池及其应用研究

目的探究承印材料和添加单层或少层Mxene(SLMxene)对柔性锌空电池性能的影响,以及在不同氧气含量环境下的表现。方法利用丝网印刷在不同承印基材上制备柔性锌空电池,研究承印材料对柔性锌空电池放电性能的影响。结果得到了在PE防水膜上印刷的柔性锌空电池放电性能最佳,初始开路电压最高,达到5.5V。在此基础上,探究SLMXene的质量分数对电池放电性能的影响。利用HCl与HF混合溶液对Ti_(3)AlC_(2)进行刻蚀,并剥离得到SLMXene,将SLMXene加入空气电极油墨中,发现SLMXene添加量超过2%时,柔性锌空电池的放电电压保持平稳,放电电压不再改变,并且在弯折时电池的放电电压保持平稳;弯折200次后,电池的放电电压保持96%以上。结论改变柔性锌空电池所处环境中的氧气含量时,其放电电压表现出与氧气含量呈正相关的特性,表明其在氧气智能包装领域具有应用潜力。

基于粒度梯度的MXene复合棉织物压力传感器开发及应用研究

近年来基于纺织品的传感器因其出色的柔软性和透气性在传感领域受到广泛关注,而MXene凭借其卓越的导电性、生物相容性和机械性能,成为柔性传感器的理想选择。然而,基于MXene的柔性织物传感器大多制备过程复杂。研究采用简便高效的抽滤技术,制备了MXene复合棉织物,探究MXene粒度对复合棉织物形貌、导电性、耐洗性、透气性和拉伸性的影响。研究结果表明,通过粒度梯度分层负载的方式,可以显著提升复合棉织物的整体性能。此外,探究了不同MXene浓度对压力传感器灵敏度的影响。当浓度为0.4 mg/mL时,传感器在宽传感范围(0~160 kPa)展现出高灵敏度(64.95 kPa^(-1))、快速响应和恢复时间(127 ms/165 ms)、低检测限(10.8 Pa)和良好的耐用性能(1000次循环)。该传感器不仅可用于人体运动监测,还可作为高效的独立加热器使用,为功能性监测和医疗诊断应用提供了研究参考。

MXene基罗纹针织物的制备及其应变传感性能

借鉴染色工艺,采用轧烘焙技术制备了高弹性导电过渡金属碳化物/氮化物(MXene)基罗纹针织物,通过SEM、电阻测试、传感性能测试对其进行了结构和性能表征。结果表明,MXene基罗纹针织物具有较好的弹性和弹性回复性,并且织物中MXene负载量随轧烘焙循环次数的增加而增加,织物电阻随轧烘焙循环次数的增加而降低,最低为38.3Ω/□;织物的应变传感性能测试表明,MXene基罗纹针织物传感性能具有明显的各向异性,并且横列方向的传感性能优于纵行方向。MXene基罗纹针织物横列方向的传感系数和传感区间分别为72.80、0~160%,远高于纵行方向(最大传感系数为4.4,传感区间为0~24%)。

聚苯胺/MXene@聚丙烯复合非织造柔性pH值传感器的制备及其传感性能

为制备基于聚丙烯纺黏非织造材料(Polypropylene spunbonded nonwoven fabric,PP SF)的双电极柔性pH值传感器,在PP SF表面涂覆油性聚氨酯(Oil-based polyurethane,OPU),制备得到OPU/PP SF,采用丝网印刷技术将作为参比电极的银/氯化银(Ag/AgCl)浆料和导电碳浆料分别移印至OPU/PP SF表面;利用化学氧化聚合法制备了酸掺杂聚苯胺(Polyaniline,PANI),将其与经超疏水改性的F-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene结合,再涂覆在C层表面,形成PANI/F-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene@PP SF柔性pH值传感器。结果表明:PANI/F-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene@PP SF柔性pH值传感器表面呈现珊瑚状结构,在pH值为2~10时,PANI/F-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene@PP SF柔性pH值传感器表现出良好的力学性能,其拉伸强度和断裂伸长率均比PP SF有所提高,灵敏度(-37.07 mV/pH)高,线性度(R2=0.98)好,具有低电位变化率(0.092 mV/h)和良好的重现性(灵敏度标准偏差为0.36%)。该研究可为基于聚丙烯纺黏非织造材料基材的柔性pH值传感器的研究提供参考。

MXene增强的无纺布医用柔性压力传感器

随着对健康监测需求的日益增长,非侵入性和实时生理监测的可穿戴柔性传感器开发成为了研究热点。提出了一种创新的方法,用于开发可穿戴柔性传感器。该方法采用环境友好且成本效益高的无纺布作为基材,通过简易的浸涂工艺,结合无纺布的自然微结构与MXene优异的物理化学特性,成功制备了MXene改性的无纺布作为压力传感器的压力敏感层。这种柔性压力传感器工作稳定,传感范围广,在0~150kPa的压力工作范围内具备超高灵敏度(S1=0.5 kPa^(-1)和S2=1.12 kPa^(-1)),同时具有约25 ms和50ms的快速响应时间和释放时间。该传感器能够精确捕捉人体腕部的桡动脉脉搏信号,在医疗保健、体育训练和机器人技术等领域展现出了巨大的应用潜力,并为低成本、环保型传感器的开发提供了新思路。

高灵敏度MXene基纤维传感器的制备及性能

以热塑性聚氨酯(TPU)为基底、原位氢氟酸刻蚀法制备的过渡金属碳化物/氮化物(MXene)纳米片为导电材料,经湿法纺丝技术制得了MXene-TPU导电纤维(MTF)。采用SEM、EDS、TGA对其进行了表征,测试了其电导率、力学性能、拉伸应变传感性能,评价了其在人体运动检测中的应用。结果表明,在TPU内部建立的MXene导电网络赋予了MTF高应变灵敏系数(在120%应变下灵敏系数为2930)。MXene的引入提高了MTF的热稳定性,其热分解温度从聚氨酯纤维(TF)的360℃提高到400℃;MXene在纤维表面及内部形成的连续导电通路赋予纤维良好的导电性(电导率为141.54 S/m);MXene也增强了MTF纤维的模量,MXene理论负载量为21.74%的MTF样品(MTF_(2))应变50%时的应力(σ_(50))比TF增大了1.3倍,具备一定的拉伸应变恢复性;MTF_(2)通过电阻变化率的不同来表达人体关节运动形式,可用于人体运动监测。

基于MXene/CNT薄膜传感器阵列的复合材料冲击定位及损伤监测

复合材料层合板在服役过程中易受到冲击损伤,对结构产生不利影响。冲击引发的复合材料内部结构损伤能够缩短复合材料的使用寿命。因此,对于复合材料层合板冲击定位及损伤监测是必要的。以碳纳米管(CNT)和MXene薄膜为代表的新型碳纳米材料具有独特的纳米级结构和优良的物理性能。将MXene/CNT薄膜传感器阵列布置于监测范围内,提出了一种适用于传感器阵列的定位算法,该算法可以准确地计算和定位到监测区域的冲击位置。同时,可根据传感器相对电阻变化率判断试件损伤情况。最后,使用超声C扫描设备对结果进行对比验证。试验结果表明,传感器阵列响应计算结果与实际冲击位置吻合,且传感器相对电阻变化率与损伤严重程度相关。

MXene/CNF复合气凝胶的制备及其湿敏性能研究

本研究将新型二维过渡金属碳氮材料(MXene)与纤维素纳米纤维(CNF)复合,通过液氮定向和非定向预冷冻方法,冷冻干燥后制备4种不同MXene/CNF复合气凝胶,探究加入不同类型CNF、MXene和采用不同液氮预冷冻方法对复合气凝胶形貌结构的影响。结果表明,定向单层MXene/TOCNF复合气凝胶形貌最为优异;对其制备的湿度传感器在相对湿度11%~97%的条件下进行了湿敏测试,发现在MXene质量分数10%、相对湿度97%的条件下,传感器响应值增大了3倍,说明传感器对于高湿度更为敏感,且该传感器在14天内基本稳定。

PEDOT∶PSS/MXene复合电极基界面电容式应力传感器

针对复杂的制备方法,以及传统电容式压力传感器容量和灵敏度较低导致难以抵御温度、湿度、弯曲等因素带来的干扰,采用层状MXene和聚(3,4-乙二氧基噻吩)∶聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)制备具有褶皱结构的复合电极。通过与1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMIM-TFSA)离子液体介电层的结合,构建了电容式应力传感器。导电材料PEDOT∶PSS与MXene质量比为1∶1时,分别在0~50 kPa和50~200 kPa压力效应区间内实现了高达603和91.66 kPa^(-1)的线性灵敏度,具有快速的响应时间(仅需33 ms)以及优异的循环稳定性(至少4000次)。此外,该传感器在人体脉搏监测方面展现出实时、准确的特点,为可穿戴设备领域提供了新的发展思路。

石墨烯及MXenes在氢气传感器中的应用研究进展

随着石油、煤炭和天然气等化石能源的枯竭,氢能在工业生产和交通运输等方面展现了愈加关键的作用。氢能产业对储氢装置在生产、储运、加注和使用全链条过程中提出了“耐高压、高密封及燃爆安全”等性能的全面要求,高灵敏、快速响应、高选择性和高稳定性的氢气传感器是保障氢能系统安全的重要检测装备。高性能氢气传感器成功制备与应用的关键是研发新型的氢敏材料。石墨烯和MXenes是极具代表性的二维平面纳米材料,不仅具有超高的电学和力学性能,而且易于进行功能化修饰且不影响其固有性能,因此在氢气传感领域具有极大的应用潜力。本文综述了石墨烯和MXenes的基本结构、类型和合成方法,总结了其在氢气传感器中的应用研究进展,指出了存在的问题并提出了解决方案,还对氢气传感器未来的研究方向进行了展望。

基于Ti_(3)C_(2) MXene-金纳米复合材料的日落黄电化学传感器构建及应用

采用原位还原法制备碳化钛MXene-金纳米复合材料(AuNPs@Ti_(3)C_(2)MXene),并用于制备高灵敏的日落黄电化学传感器。对修饰电极和日落黄的电化学行为进行研究,分析结果发现,在最优条件下,日落黄的方波伏安峰电流与其浓度在0.01~100μmol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限为2.4 nmol/L,说明MXene独特的手风琴结构和纳米金良好的导电性协同作用,显著提高了日落黄的电化学响应。该传感器制备方法简单,已成功应用于饮料样品的分析,精确度较高。

MXene柔性压力传感器的制备与性能

柔性压力传感器作为一种新型的压力电子器件已经在医疗健康监测、智能可穿戴的电子设备、人机数据交互平台等领域广泛应用。采用磁控溅射法制备叉指电极,通过湿法腐蚀法获得MXene胶体溶液,利用压电式按需喷印技术将MXene胶体溶液覆盖在叉指电极的上方,从而完成压敏活性层的制备。利用扫描电子显微镜(SEM)对MXene压敏活性层的形貌进行表征,结果表明压敏活性层表面平滑整齐、成膜均匀、结构清晰。对制备的柔性压力传感器进行灵敏度检测。结果表明当压强在0~5 kPa的区间内时,传感器具有较高的灵敏度,为0.139 kPa^(-1)。最后对该传感器进行人体运动传感性能测试。结果表明该MXene柔性压力传感器有望在可穿戴电子以及医疗监测领域广泛应用。

基于ZnAl-LDH/MWCNT@MXene的柔性压力/温度双功能传感器

锌铝层状双氢氧化物/多壁碳纳米管(ZnAl-LDH/MWCNT)包覆金属碳化物MXene作为复合导电材料制备上下电极,以微结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介电层,构建了一种柔性双功能传感器。通过器件输出电容信号监测压力,利用单电极的温阻变化监测温度。该柔性电容式传感器的导电层材料为ZnAl-LDH/MWCNT@MXene,搭配微结构为80目的介电层,其性能达到最优。在0~50 kPa时传感器的灵敏度高达1.57%/kPa。温度传感的灵敏度为2.3%/℃,工作温度范围为20~40℃。该器件实现了压力/温度两种物理量的传感,同时可以运用于人体运动和健康状态的实时检测。解决了柔性传感器功能单一的问题,为柔性传感器实现多功能应用提供基础。

基于丝素 MXene复合纳米纤维柔性薄膜的制备及其导电性能

为获得具有良好导电性和响应时间的柔性传感器,以丝素蛋白(SF)作为基体,自制MXene为功能材料,通过控制加入MXene的量,采用静电纺丝技术制备出不同配比的SF MXene复合膜。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射及2400源表对复合膜的微观形貌、分子结构、导电性能以及传感性能进行了表征。结果表明:当添加4%质量分数的MXene时,复合膜具有最好的传感性能(电导率为1.24 mS m)和机械性能(断裂应力为2.1 MPa);复合膜经过6000次弯曲循环后电阻仍可以保持初始的大小,具有良好的稳定性和耐久性;且该传感器具有较快的响应(72 ms)和恢复时间(64 ms)。实验结果证明,SF MXene复合膜作为一种柔性传感器具有良好的应用前景。

二维Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene基复合材料在柔性传感器领域的研究进展

Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene是一种新型层状二维材料,具备良好的亲水性、导电性、稳定性和机械性能,在柔性传感器领域备受关注。然而,由于Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene的自堆积问题,导致表面活性位点减少,粒子的快速传输受到限制,需要对其进行改性和优化。综述了近年来二维Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料在柔性传感器领域的研究进展,通过与碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物等复合,Ti_(3)C_(2)T_(x)的机械性能与电化学性能能够显著提升,可以更好地应用于柔性传感器领域。

MXene及MXene/碳基复合材料在生物医学领域的研究进展

MXene是一种具有独特层状结构的新型过渡金属碳化物,它具有较大的比表面积、优异的导电性、光热性能和抗菌性能等特殊的物理化学特性,因此表现出较高的应用价值。与此同时,为了追求更广泛的应用,MXene常与炭材料复合以增强其综合性能。近年来,MXene及MXene/碳基复合材料在电子、传感以及生物医药等领域受到了广泛关注。本文聚焦于MXene及MXene/碳基复合材料的制备、修饰方法及其在生物传感、抗菌材料、疾病诊断与治疗等生物医学领域中的应用,以期推动MXene研究取得更大进展。

MXene复合水凝胶在柔性传感器中的研究进展

由于水凝胶在软电子、人机界面、传感器、致动器和柔性能量存储方面的潜在应用,最近它引起了极大的兴趣。当二维(2D)过渡金属碳化物/氮化物(MXenes)被纳入水凝胶系统时,得益于其亲水性、金属导电性、高长径比形态和广泛可调财产令人印象深刻的组合,它们为设计具有可调应用特定财产的MXene基软材料提供了激动人心的多功能平台。在这篇综述中,讨论了MXene复合水凝胶在柔性传感器,并对研究现状和应用进行了总结和归纳。