三維氣凝膠壓阻傳感器以其高靈敏度和優(yōu)異的力學(xué)性能引起了人們的極大關(guān)注。本文，北京化工大學(xué)潘凱研究員課題組在《Adv Mater Technol》期刊發(fā)表名為“Ultralight and Hyperelastic Nanofiber-Reinforced MXene–Graphene Aerogel for High-Performance Piezoresistive Sensor”的論文，研究基于納米纖維增強MXene還原氧化石墨烯氣凝膠，巧妙地設(shè)計并制備了一種具有超高線性靈敏度的新型壓阻傳感器。
MXene的存在使壓阻式傳感器具有較高的電導(dǎo)率。此外，納米纖維可以作為支架材料，通過穿透整個氣凝膠網(wǎng)絡(luò)，顯著提高氣凝膠的壓縮彈性。此外，由于多組分之間的協(xié)同效應(yīng)，所制備的壓阻傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，包括高線性靈敏度（331 kPa -1從 0 到 500 Pa，126 kPa -1從 500 Pa 到 7.5 kPa)、快速響應(yīng)時間（負載 71 ms、恢復(fù) 15 ms）和低檢測限（1.25 Pa）。更重要的是，即使經(jīng)過 17 000 次壓縮周期，仍能保持穩(wěn)定的信號輸出。此外，所制備的傳感器可以有效地實時檢測人體的呼吸、心跳和發(fā)聲?；谶@些優(yōu)點，該傳感器有望在未來的柔性可穿戴電子設(shè)備中顯示出巨大的潛力。
圖1、聚丙烯腈納米纖維（aPANFs）/ MXene 還原氧化石墨烯 氣凝膠（MX-rGA）的制備過程示意圖。
圖2、a) PAN 納米纖維的 SEM 圖像。b) MXene 的 TEM 圖像。c) rGA 和 aPANFs/MX-rGA 的 XRD 譜。d-g) aPANFs/MX-rGA 的 SEM 圖像以及 C、N 和 Ti 的相應(yīng)元素映射圖像。
圖3、a） 在 80% 應(yīng)變下 aPANFs/MX-rGA的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
b) 在 50% 應(yīng)變下 aPANFs/MX-rGA經(jīng)過500次循環(huán)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
c) 在 50% 應(yīng)變下循環(huán)測試前后 aPANFs/MX-rGA 的高度。
d-f)aPANFs/MX-rGA的層和g-i)孔的結(jié)構(gòu)圖和相應(yīng)的SEM圖
圖4、a) aPANFs/MX-rGA 傳感器在不同壓縮應(yīng)變下的I – V曲線。
b)傳感器在不同壓力下的I – t曲線。
c) 響應(yīng)和恢復(fù)時間。
d) 壓力對水滴的響應(yīng)。
e）基于aPANFs/rGA和aPANFs/MX-rGA的傳感器的靈敏度。
f) 敏感性結(jié)果與其他研究的比較。
圖5、a) aPANFs/MX-rGA 傳感器在 17 000 次循環(huán)的重復(fù)加載-卸載測試下的I – t曲線。b) 呼吸，c) 手腕脈搏， d) 不同單詞發(fā)音的信號。
總之，我們開發(fā)了一種簡單的策略，可以方便地制備基于納米纖維增強 MXene-rGO 氣凝膠的高性能壓阻傳感器。組裝好的傳感器可以靈敏地檢測呼吸、心跳、和人體實時發(fā)聲?；谏鲜鰞?yōu)點，所制備的納米纖維增強 MXene-rGO氣凝膠有望在未來的柔性可穿戴智能傳感器中找到廣闊的應(yīng)用前景。
