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近日，電子科技大學(xué)王焱課題組在國際知名期刊Sensors and Actuators B: Chemical上發(fā)表題為“Printing Assembly of Flexible Devices with Oxidation Stable MXene forHigh Performance Humidity Sensing Applications”的文章。該工作提出了一種抗壞血酸鈉表面修飾的MXene（SA-MXene）復(fù)合材料，討論了基于該復(fù)合材料的功能油墨所展現(xiàn)出的良好穩(wěn)定性和抗氧化性，介紹了結(jié)合絲網(wǎng)印刷技術(shù)印制所組裝的柔性器件在高性能濕度傳感方面的應(yīng)用。

研究速覽

過渡金屬碳化物和碳氮化物MXenes由于其化學(xué)活性表面上豐富的親水活性位點，已發(fā)展成為具有吸引力的濕度敏感納米材料。然而，MXenes在潮濕空氣或水中表現(xiàn)出的低穩(wěn)定性限制了它們的長期儲存和廣泛應(yīng)用。這項工作提出了一種抗壞血酸鈉表面修飾的MXene（SA-MXene）復(fù)合材料，它將抗壞血酸離子與通過最小密集層分層（MILD）工藝合成的Ti3C2TxMXene相結(jié)合。用抗壞血酸鈉對MXene進(jìn)行合成和修飾以獲得SA-MXene已被證明是避免Ti3C2Tx?MXene材料被氧化的可行方法。所制備的SA-MXene復(fù)合材料被配制成絲網(wǎng)印刷油墨，盡管在環(huán)境溫度下儲存30天后仍具有較高的穩(wěn)定性和抗氧化性。此外，通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，將SA-MXene油墨作為濕度敏感層組裝在由無電沉積（ELD）工藝制備的叉指電極上以形成柔性濕度傳感器。因此，SA-MXene傳感器在濕度傳感方面顯示出顯著潛力，具有超高的相對電容響應(yīng)（131.4%，對應(yīng)于97% RH）和在寬檢測范圍內(nèi)的快速響應(yīng)時間。這項工作代表了開發(fā)SA-MXene以制造基于MXene的高靈敏度傳感器的有前景的策略。

研究要點

? ?研究要點1：

本文通過抗壞血酸鈉表面修飾MXene以獲得SA-MXene復(fù)合材料，證明了是避免Ti3C2Tx?MXene材料氧化的可行方法，進(jìn)一步將SA-MXene配制成適合絲網(wǎng)印刷的功能油墨，在環(huán)境溫度下儲存30天后仍具有高穩(wěn)定性和抗氧化性。

研究要點2：

本文詳細(xì)討論了通過印刷組裝的柔性SA-MXene傳感器在濕度傳感方面顯示出的良好性能，具有超高的相對電容響應(yīng)、在寬檢測范圍內(nèi)的快速響應(yīng)和抗彎曲性能。SA-MXene傳感器可以記錄與人類語言和呼吸的實時監(jiān)測相對應(yīng)的濕度波動，表明制備的濕度傳感器在基于濕度變化的監(jiān)測系統(tǒng)中具有潛在的應(yīng)用。

圖?1.?SA-MXene復(fù)合材料的合成以及結(jié)合絲網(wǎng)印刷在銅質(zhì)叉指電極圖案上組裝濕度傳感器的制備過程示意圖。

圖 2.?(a)制備的SA-MXene油墨的實物圖；(b)SA-MXene 油墨粘度與剪切率的函數(shù)關(guān)系圖；(c)SA-MXene 油墨存儲模量和損失模量與應(yīng)力的關(guān)系圖；(d)絲網(wǎng)印刷得到的圖案。

圖 3.?(a)SA-MXene傳感器在不同濕度條件下的電容響應(yīng)；(b)SA-MXene傳感器的靈敏度與相對濕度的關(guān)系；(c)SA-MXene傳感器在11% RH和97% RH濕度條件之間的響應(yīng)和恢復(fù)曲線；(d)SA-MXene傳感器在11% RH和97% RH之間5個循環(huán)的動態(tài)響應(yīng)曲線；(e)不同彎曲角度下SA-MXene傳感器的電容變化；(f)SA-MXene傳感器在人們交談時能夠?qū)崟r監(jiān)測對不同音節(jié)的濕度波動。