3D协同MXene/rGO用于压阻传感器

  【研究背景 】
       压力传感器系统可以将应变转化为电阻、电势、电容等变化，最近由于可穿戴功能电子设备的快速发展而引起了人们的极大兴趣。压力传感器主要有三种：压阻式，压电式和电容式传感器。其中，压阻传感器具有高灵敏度、快速响应和出色的稳定性，并且可以通过浸涂、旋涂和激光诱导方法等简单且低成本的方法制造，从而保证了其在仿生机器人技术中的广泛应用。但在传感材料的选择上仍然存在很大挑战。

【成果简介】
       近日，华中科技大学高义华教授课题组报道了一种具有3D结构超轻、超弹性的MXene /还原氧化石墨烯气凝胶，利用其压敏特性可用于压阻传感器中。MX / rGO气凝胶不仅结合了rGO的大比表面积和MXene (Ti3C2Tx)的高电导率，而且还具有丰富的多孔结构，因此在压力传感器方面，其性能优于单组分rGO或MXene。大的rGO纳米片层可以通过将MXene包裹在气凝胶中来防止MXene的氧化。更重要的是，基于MX / rGO气凝胶的压阻传感器显示出极高的灵敏度(22.56kPa-1)，快速的响应时间(<200 ms)和超过1万次循环的良好稳定性。基于MX / rGO的3D混合气凝胶的压阻传感器可以轻松捕获10 Pa以下的信号，从而清晰地测试成年人的脉搏。
    该成果在线发表于ACS Nano：3D Synergistical MXene/Reduced Graphene Oxide Aerogel for a Piezoresistive Sensor。

【图文导读】

图1：基于MX / rGO气凝胶的压力传感器。(a)MX / rGO气凝胶的制备示意图。(b) MX / rGO气凝胶基传感器的制备示意图。(c)感应机制的示意图。

图2  MX / rGO气凝胶的内部微观结构及其在外部压力下的原位动态过程。(a，d，g) 初始状态下MX / rGO气凝胶的各种放大SEM图像。(b，e，h) 压缩状态下MX / rGO气凝胶的各种放大SEM图像，分别对应于(a，d，g)。(c，f，i) 释放后(b，e，h) 中MX / rGO气凝胶的各种放大SEM图像。

图3  MX / rGO气凝胶的基本传感性能。(a)在相同的压力下，不同比例的GO / MXene（5：1、10：1、20：1，纯GO）的MX / rGO气凝胶的I-T曲线。(b) 在115至970 Pa的各种施加压力下的电流变化响应。(c)MX / rGO气凝胶装置的I-V曲线。(d)相对于施加压力的相对电流变化，其中四个曲线分别代表GO / MXene的不同比例（5：1、10：1、20：1、1：0）。(e)MX / rGO气凝胶和rGO气凝胶的响应时间和恢复时间。(f)在510 Pa的负载下，超过10,000次加载后的电流输出，显示出良好的耐久性。

图4 使用MX / rGO气凝胶传感器实时监测微小的应变、人的声音和动作; (a)检测小花蕾的压力传感器的电流响应。(b)佩戴者说“一”，“二”，“三”和“四”时压力传感器的电流响应，插图显示了附在喉咙上的传感器的照片。(c)通过将传感器安装到颈部，颈静脉脉冲(JVP)的电流响应。(d)通过将传感器安装在手腕上来实现动脉脉搏波的电流响应。

文献链接：

DOI: 10.1021/acsnano.7b06909

消息来源 微信公众号  MXene Frontier