超疏水透气多功能可穿戴MXene基传感电子纺织品

一、背景介绍

智能纺织设备在可穿戴式人体运动监测、医疗保健和个人热管理方面的潜在应用，现在受到了越来越多的关注。MXene(Ti3C2Tx)是一种性能显著的新型二维材料，已广泛应用于可穿戴电子产品领域。然而，制备基于MXene的智能纺织品和能够防止MXene氧化的智能纺织品仍然是一个挑战。在这里，作者通过构建多核壳结构，即在聚多巴胺(PDA)改性弹性织物上装饰聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层，然后是聚二甲基硅氧烷涂层，制造了一种防水透气的智能织物。包裹纤维的MXene形成了导电网络，而PDMS不仅能保护MXene免受氧化，而且还能赋予织物超疏水性和耐腐蚀性。智能纺织品具有优异、耐用的光热和电热转换性能。更重要的是，纺织电子表现出敏感和稳定的应变感应性能和高热系数的温度感应能力。显然，这种智能纺织设备在下一代一体化可穿戴电子设备中的应用前景广阔。

二、图文导读

图1.(a)PM/PDMS纺织品的制备工艺和结构的示意图。(b)附着在人体关节上的PM/PDMS纺织品，以监测人体运动。(c)其卓越的性能和各种很有前途的应用。(d)志愿者展示纺织品作为手腕上佩戴的智能应变传感装置的照片（插图是一件环形纺织品的照片）。

图2.（a和a’）原始纺织品，（b和b’）涂有PDA的纺织品，（C和C’）PM-3纺织品和（d和d’）PM-3/PDMS-40纺织品。(e)PM-1/PDMS-40纺织品的单个纤维的形态学和(f)相应的EDS元素映射图像。(g)PM-1/PDMS-40纺织品的单个纤维的横截面SEM图像和(h)Ti、C、Si和F的相应EDS映射图像。

图3.(a)PM-3纺织品的水接触角(WCA)作为PDMS溶液中浸渍时间的函数。(b)喷射在PM/PDMS纺织品表面的光学照片。(c)在PM/PDMS织物上使用染色水的动态润湿试验(d)PM-3/PDMS-40纺织品表面的水、酸（pH=1）和碱性（pH=13）溶液的CA。(e)不同应变下pH值为1和7的水滴和液滴的照片，(f)相应的CA图像。(g)PM//PDMS纺织品防水透气性的示意图。(h)显示透气织物的水蒸气传输性能的照片。(i)氯化氢气体从PM/PDMS纺织品覆盖的小瓶中流出的照片(j)PM-3/PDMS-40纺织品的WCA随磨损周期的变化；这些镶嵌物分别是在50g的重量下被砂纸磨损的复合纺织品的照片和50个周期后的WCA图像。(k)PM-3/PDMS-40纺织品WCA随光照射时间的变化，镶嵌分别为紫外线照射试验示意图和5个照射小时后WCA图像示意图。(i)PM-3/PDMS-40纺织品的WCA随超声波洗涤时间的变化而变化。

图4.(a)模拟光热试验模型示意图（功率密度=100mW/cm2）。(b)用不同MXene涂层时间制备的PM/PDMS-40纺织品的温度-时间曲线。(c)相应的光学照片和红外图像(d)PM-3/PDMS-40纺织品在5个加热和冷却循环中的光热转换。(e)3600s光照射下功率密度为100mW/cm2的光热稳定性；镶嵌为2400s试验纺织品的红外图像。(f)纺织品的电压-电流曲。(g)PM-5/PDMS-40纺织品在不同电压下的温度-时间曲线（镶嵌图显示饱和温度的相应红外图像）。(h)PM-5/PDMS-40纺织品在二十个冷热循环中的温度稳定性。

图5.(a)PM纺织品的电导率作为MXene溶液中浸覆时间的函数。(b)PM-3纺织品电导率变化。(c)PM-1/PDMS-40纺织品暴露在温度为~25°C的环境下，136h(d)批次湿度为60%时，PM-1纺织品的耐药性变化是PM-1/PDMS-40纺织品与应变的相对抗性。(e)50%应变下不同拉伸速率下的相对阻力响应。(f)智能纺织品传感器在10%应变下的响应时间和恢复时间，拉伸速率为1500mm/min。(g)30mm/min纺织传感器20%应变下的循环耐久性试验。嵌入：循环试验中两个随机选择的区域的应变检测性能。PM/PDMS纺织传感器监测(h)弯头弯曲、(i)固定、(j)行走时的传感信号。

图6.(a)PM-3/PDMS-40纺织品在25-100℃范围内随温度的相对阻力。(b)PM-3/PDMS-40纺织品在光诱导加热和自然冷却条件下的相对阻力和温度变化。(c)从30℃到55℃的多种加热和制冷的智能纺织品的温度传感耐久性。(d)随纺织品传感器安装在烧杯上模拟环境温度监测时的相对电阻变化。(e)实验模型的光学照片和(f)相应的红外图像。

三、全文总结

总之，采用逐层浸覆法制备了超疏水性、透气的多功能MX烯基织物。MXene板可以通过弯曲力和氢键组装到PDA改性纤维表面，然后在PDMS涂层后得到良好的保护。设计的智能纺织品电子不仅用~151°的CA表现出超疏水性和令人满意的透气性，允许气体的传输包括但不仅限于水蒸气，而且还提出了优越的光热和电热效应对外部光子和电子具有良好的可回收性和耐久性。此外，导电复合织物具有优越的应变传感性能，可用于监测人体运动。令人惊讶的是，由于MXene独特的NTC特性，智能纺织品具有实时温度传感、高TCR性和良好的耐久性。因此，这些功能的完美集成可以使具有良好机械鲁棒性和环境稳定性的智能一体机纺织品在人体运动和温度监测、医疗保健和个人热管理中成为一个很有前途的应用。

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