研究摘要

可穿戴電子傳感設(shè)備具有廣泛的應(yīng)用，從普通的智能手表到醫(yī)療器械中的生理監(jiān)測模塊。由于對高性能設(shè)備的需求和材料科學(xué)的蓬勃發(fā)展，幾種類型的壓力傳感器，如電容式、壓電式和壓阻式壓力傳感器，已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室到我們的現(xiàn)代日常使用進(jìn)行了研究和商業(yè)化。在這些類型中，壓阻式傳感器（基于壓阻效應(yīng)）占據(jù)了很大的市場，因?yàn)樗鼈兡軌蛲ㄟ^簡單的讀出系統(tǒng)將外部壓力轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)。納米材料具有較大的比表面積和優(yōu)異的表面特性，成為傳感器的潛在候選者。將納米材料附著在各種基材上形成微結(jié)構(gòu)和構(gòu)建納米材料微結(jié)構(gòu)是兩個(gè)典型的應(yīng)用方向。如何在傳感器的穩(wěn)定性和靈敏度之間取得平衡是重要研究課題。

成果簡介

近日，華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心李露穎教授團(tuán)隊(duì)提出了一種將氣凝膠結(jié)構(gòu)引入微小海綿網(wǎng)絡(luò)的策略，這大大緩解了不可逆的變形，提高了長周期穩(wěn)定性。通過靜電自組裝，冷凍干燥和退火獲得由三重形態(tài)網(wǎng)絡(luò)（MXene / rGO氣凝膠，PS球和海綿）組成的壓阻海綿（MGP海綿）。通過將易碎的MXene/rGO氣凝膠填充到海綿中，傳感器可以保持超過90%的初始靈敏度（224 kPa?1） 在 15，000 次循環(huán)后。它具有響應(yīng)時(shí)間快（63 ms），感應(yīng)彎曲程度等優(yōu)點(diǎn)。MGP海綿的工作機(jī)制通過原位FIB-SEM和第一性原理計(jì)算揭示。MGP海綿傳感器在各種應(yīng)用中表現(xiàn)出色，例如監(jiān)控人類活動(dòng)，區(qū)分2D陣列上的重量，控制LED標(biāo)志的亮度，感應(yīng)操縱器手指運(yùn)動(dòng)等。

該成果在線發(fā)表于國際頂級(jí)期刊Nano Energy上，題目為：MXene/rGO/PS spheres multiple physical networks as high-performance pressure sensor。

圖文導(dǎo)讀

總結(jié)

總之，MGP海綿傳感器是通過一系列簡單的浸涂，冷凍干燥，碳化和簡單組裝程序獲得的。通過將MXene/rGO氣凝膠引入彈性PU海綿結(jié)構(gòu)中，大大提高了傳感器的工作穩(wěn)定性，大大緩解了氣凝膠結(jié)構(gòu)不可逆變形的問題。此外，由于導(dǎo)電通路的增加，PS球的引入有助于提高M(jìn)GP海綿的靈敏度。MGP海綿的新聞發(fā)布過程通過原位FIB-SEM系統(tǒng)清晰地揭示，并利用組件的相應(yīng)型號(hào)來解釋MGP海綿傳感器的工作機(jī)制。在實(shí)踐中，MGP海綿傳感器的性能測試表明，它確實(shí)在高靈敏度（115 kPa?1）之間取得了平衡和多次壓縮釋放循環(huán)中的穩(wěn)定性（在大約15，000次循環(huán)后，它保持其初始值的90%以上）。除此之外，MGP海綿傳感器具有快速響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間（分別為63 ms和40 ms），它還可適應(yīng)頻率變化的力，靈活感測彎曲范圍和超輕重量等。