中国科学院大连化学物理研究所Liang Feng--柔性Ti3C2Tx MXenePANI细菌纤维素气凝胶用于电子皮肤和气体传感
由碳材料制成的柔性压力传感器已经应用于电子皮肤(e-skin)中，如果采用复合传感材料，其性能将得到提高。本文通过MXene与一维活性材料之间的自组装过程，制备了MXene/聚苯胺/细菌纤维素(MXene/PANI/BC)气凝胶传感器。与更少层或单层的MXenes相结合，制成的气凝胶可作为压力传感器的主动层，监测手指弯曲、手腕弯曲和脉搏跳动等微小运动信号。蓝牙无线传输还可以实时监测手机上的空间压力分布，使得基于气凝胶的传感器成为电子皮肤的理想选择。与此同时,aerogel-based传感器敏感对NH3由于独特的三维(3 d)气凝胶的结构和丰富的终端组(如-O,-OH,-F)的MXene传感的系统,确保高效的电子转移过程,创造活跃的站点与目标气体的吸收。这项工作为开发MXenes提供了一个通用平台，用于制造高性能柔性多传感器的3D复合气凝胶。
图1 MXene/PANI/BC气凝胶的组成和MXene/PANI/BC气凝胶用于电子皮肤和气体传感器的原理图。
图2 (a) MXene/PANI/BC气凝胶质量轻。(b)单层MXene的TEM图像。(c)少层/单层MXene溶液产生的廷德尔效应。(d-f)不同分辨率下MXene/PANI/BC气凝胶的SEM图像。(g) MXene/ PANI/BC气凝胶的EDS图像。(h) MXene和MXene/PANI/BC气凝胶的XRD谱图。(i) MXene/PANI/ BC气凝胶连续五次压缩试验。
图3 (a)相对电阻在压力0 ~ 70 kPa范围内的变化。(b)加载卸载循环下不同压力的重复传感响应。(c) 68.18 kPa压力下的骑行耐久性。(d)手指弯曲传感器的传感响应。插图:安装在不同弯曲角度的手指上的传感器的光学图像。(e)监测手腕弯曲的传感器响应传感。插入:安装在手腕上的传感器的光学图像。(f)传感器检测手腕脉冲的传感响应。插入:安装在手腕上的传感器的光学图像。
图4. (a)无线传输的概念。(b−d)从阻力响应中得到的相关压力分布。
图5 (a) Ti3C2Tx MXene/PANI/BC复合气凝胶气体传感器在浓度2.5-12.5 ppm范围内对NH3气体的响应。(b)对NH3浓度的定量响应变化(n = 3)。(c) Ti3C2Tx MXene/PANI/BC复合气凝胶气体传感器对实验周期的定量响应变化。(d) MXene/PANI/BC复合气凝胶气体传感器的选择性。(e)响应与相对湿度的关系。(f) MXene/PANI/BC复合气凝胶基气体传感器7天内的稳定性。
图6 Ti3C2Tx MXene/PANI/BC复合气凝胶气体传感器的气敏机理。
相关科研成果由中国科学院大连化学物理研究所Liang Feng等人于2021年发表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://pubs.acs.org/10.1021/acsami.1c12991）上。原文：Flexible Ti3C2Tx MXene/PANI/Bacterial Cellulose Aerogel for e‑Skins and Gas Sensing。