【研究背景?】?

壓力傳感器系統(tǒng)可以將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻、電勢(shì)、電容等變化，最近由于可穿戴功能電子設(shè)備的快速發(fā)展而引起了人們的極大興趣。壓力傳感器主要有三種：壓阻式，壓電式和電容式傳感器。其中，壓阻傳感器具有高靈敏度、快速響應(yīng)和出色的穩(wěn)定性，并且可以通過浸涂、旋涂和激光誘導(dǎo)方法等簡(jiǎn)單且低成本的方法制造，從而保證了其在仿生機(jī)器人技術(shù)中的廣泛應(yīng)用。但在傳感材料的選擇上仍然存在很大挑戰(zhàn)。

【成果簡(jiǎn)介】

? ? ? ?近日，華中科技大學(xué)高義華教授課題組報(bào)道了一種具有3D結(jié)構(gòu)超輕、超彈性的MXene /還原氧化石墨烯氣凝膠，利用其壓敏特性可用于壓阻傳感器中。MX / rGO氣凝膠不僅結(jié)合了rGO的大比表面積和MXene (Ti3C2Tx)的高電導(dǎo)率，而且還具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，因此在壓力傳感器方面，其性能優(yōu)于單組分rGO或MXene。大的rGO納米片層可以通過將MXene包裹在氣凝膠中來(lái)防止MXene的氧化。更重要的是，基于MX / rGO氣凝膠的壓阻傳感器顯示出極高的靈敏度(22.56kPa-1)，快速的響應(yīng)時(shí)間(<200 ms)和超過1萬(wàn)次循環(huán)的良好穩(wěn)定性?；贛X / rGO的3D混合氣凝膠的壓阻傳感器可以輕松捕獲10 Pa以下的信號(hào)，從而清晰地測(cè)試成年人的脈搏。

? ? 該成果在線發(fā)表于ACS Nano：3D Synergistical MXene/Reduced Graphene Oxide Aerogel for a Piezoresistive Sensor。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1：基于MX / rGO氣凝膠的壓力傳感器。(a)MX / rGO氣凝膠的制備示意圖。(b) MX / rGO氣凝膠基傳感器的制備示意圖。(c)感應(yīng)機(jī)制的示意圖。

圖2??MX / rGO氣凝膠的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)及其在外部壓力下的原位動(dòng)態(tài)過程。(a，d，g) 初始狀態(tài)下MX / rGO氣凝膠的各種放大SEM圖像。(b，e，h) 壓縮狀態(tài)下MX / rGO氣凝膠的各種放大SEM圖像，分別對(duì)應(yīng)于(a，d，g)。(c，f，i) 釋放后(b，e，h) 中MX / rGO氣凝膠的各種放大SEM圖像。

圖3??MX / rGO氣凝膠的基本傳感性能。(a)在相同的壓力下，不同比例的GO / MXene（5：1、10：1、20：1，純GO）的MX / rGO氣凝膠的I-T曲線。(b)?在115至970 Pa的各種施加壓力下的電流變化響應(yīng)。(c)MX / rGO氣凝膠裝置的I-V曲線。(d)相對(duì)于施加壓力的相對(duì)電流變化，其中四個(gè)曲線分別代表GO / MXene的不同比例（5：1、10：1、20：1、1：0）。(e)MX / rGO氣凝膠和rGO氣凝膠的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間。(f)在510 Pa的負(fù)載下，超過10,000次加載后的電流輸出，顯示出良好的耐久性。

圖4?使用MX / rGO氣凝膠傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微小的應(yīng)變、人的聲音和動(dòng)作; (a)檢測(cè)小花蕾的壓力傳感器的電流響應(yīng)。(b)佩戴者說(shuō)“一”，“二”，“三”和“四”時(shí)壓力傳感器的電流響應(yīng)，插圖顯示了附在喉嚨上的傳感器的照片。(c)通過將傳感器安裝到頸部，頸靜脈脈沖(JVP)的電流響應(yīng)。(d)通過將傳感器安裝在手腕上來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)脈脈搏波的電流響應(yīng)。

【本文總結(jié)】

MXene / rGO混合氣凝膠通過簡(jiǎn)單的冰模板冷凍技術(shù)制成，并應(yīng)用于壓阻傳感器。與純r(jià)GO氣凝膠相比，MXene / rGO氣凝膠的機(jī)械性能和靈敏度有了很大提高。該傳感器不僅可以識(shí)別各種壓力，還可以檢測(cè)出細(xì)微的健康活動(dòng)，甚至可以檢測(cè)到手腕的脈搏。為制造基于MXene混合材料的傳感器提供了一種低成本、大規(guī)模的方法，并且具有出色的性能。

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