隨著智能可穿戴設(shè)備的日益普及，柔性壓力傳感器在各種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景中被高度需求。現(xiàn)有柔性壓力傳感器面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)是在較寬的溫度范圍內(nèi)保持較高的靈敏度，這對(duì)其在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用至關(guān)重要。本文報(bào)道了一種柔性壓阻傳感器，該傳感器由均勻覆蓋MXene納米片的聚醚酰亞胺(PEI)纖維網(wǎng)絡(luò)制成，用于構(gòu)建導(dǎo)電通路，在- 5℃(80 kPa
−1)到150℃(20 kPa
−1)的寬溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出超高的靈敏度，9 Pa的低檢測(cè)限，163 ms的快速響應(yīng)時(shí)間，在室溫下超過(guò)10000次循環(huán)，在100℃下2000次循環(huán)和在-5℃下500次循環(huán)的優(yōu)異耐久性。壓力傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人類(lèi)的各種活動(dòng)，適用于人機(jī)交互，測(cè)量壓力分布。它還能在150°C和極低溫度(液氮)下對(duì)外界機(jī)械刺激作出敏感反應(yīng)。此外，纖維網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出優(yōu)異的焦耳加熱性能，在施加電壓為12 V時(shí)可達(dá)到78℃。因此，壓阻傳感器在可穿戴服裝和惡劣溫度條件下的個(gè)人加熱應(yīng)用方面具有相當(dāng)大的潛力。
圖1 a) MPP壓阻傳感器制備過(guò)程示意圖。b) Ti
3C
2T
x MXene納米片的SEM圖像和尺寸分布。c) MXene納米片的AFM圖像。d) MXene納米片的TEM圖像。e) Ti
3AlC
2 MAX和Ti
3C
2T
x MXene納米片的XRD圖案。f) MXene/PEI纖維網(wǎng)絡(luò)的SEM圖像g) PEI纖維網(wǎng)絡(luò)、Ti
3C
2T
x MXene和MXene/PEI纖維網(wǎng)絡(luò)的傅里葉變換紅外(FTIR)光譜。h) MXene/PEI纖維網(wǎng)絡(luò)三維結(jié)構(gòu)圖。
圖2. MPP壓阻式傳感器的傳感機(jī)理。
圖3 MPP壓阻式傳感器的傳感性能。
圖4. MPP壓阻傳感器的應(yīng)用。
圖5 。a) MPP壓阻傳感器連接到包含藍(lán)牙模塊的電路，將手指輕敲的信號(hào)無(wú)線傳輸?shù)绞謾C(jī)。b)將棋子放置在4×4 MPP壓阻傳感器像素陣列上，檢測(cè)相應(yīng)的壓力分布。c) MPP壓阻傳感器對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)感知。d) LED的亮度響應(yīng)隨MPP壓阻傳感器施加的不同壓力而變化。e)用于焦耳加熱的附著在皮膚表面的MXene/PEI纖維網(wǎng)絡(luò)示意圖。f)濃度為0.8 mg mL
−1的MXene/PEI纖維網(wǎng)絡(luò)在不同操作電壓下的溫度分布。g)濃度為0.8 mg mL
−1的MXene/PEI纖維網(wǎng)絡(luò)在電壓從0到12 V逐步升高時(shí)的紅外熱圖像。
相關(guān)科研成果由武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Xin Zhang等人于2022年發(fā)表在Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.202205303)上。原文：3D MXene-Based Flexible Network for High-Performance Pressure Sensor with a Wide Temperature Range。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
