柔性传感器需要良好的拉伸性能、柔韧性和足够的灵敏度来监测和传输运动中的微妙应变变化。本文通过将丙烯酰胺(AM)、Ti3C2Tx MXene纳米片和海藻酸钠(SA)聚合,合成了MXene-海藻酸钠-丙烯酰胺(MSA)复合水凝胶。扫描电镜、能谱和元素映射显示Ti3C2Tx MXene纳米片在复合水凝胶体系中均匀分散。傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热分析验证了Ti3C2Tx MXene纳米片和SA - AM聚合物之间的强氢键作用。制备的M20S2.5A水凝胶的极限拉伸应变为4350%,断裂能高达359.51 J m
-2,在循环加卸载实验中具有显著的滞后,表明其具有良好的能量耗散性能。M20S2.5A水凝胶的电导率随拉伸距离呈良好的线性响应(1300 ~ 3500%),响应时间快,为0.27 s。同时,MSA水凝胶具有较高的灵敏度(GF = 2.31)。这些优点使其能够实时监测人体的吞咽、手指弯曲、膝关节屈伸等随机运动。本研究显示了MSA水凝胶在柔性可穿戴设备中的巨大潜力。
图1 Ti
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2T
x MXene (a)和MSA水凝胶(b)的制备示意图。
图2. Ti
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2的SEM图(A)和LiF/HCl蚀刻后的SEM图(B), Ti
3AlC
2和Ti
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x的XRD图(C), Ti
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x的SEM图(D), TEM图(E)和AFM图(F), Ti
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2T
x的Ti元素(G), C元素(H)和Al元素(I)的EDS元素图信息。
图3 水凝胶的显微形貌图。
图4. Ti3C2Tx MXene与三种水凝胶(A)的FTIR光谱。三种水凝胶的TGA (B)、DTG (C)、DSC (D)曲线和三种水凝胶的存储模量(E)、损耗模量(F)曲线。
图5。水凝胶的力学性能。
图6. 不同条件下的加载-卸载试验。
图7 M20S2.5A水凝胶电流响应曲线。
图8. M
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2.5A柔性传感器示意图(A). M
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2.5A柔性传感器的响应时间(B). M
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2.5A柔性传感器在不同弯曲半径下的电流时间曲线(C). M
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2.5A柔性传感器在不同频率下的电流时间曲线(D)。
图9 M
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2.5A柔性传感器对人体各种动作的电流响应曲线。
相关科研成果由大连理工大学理学院Feng Tan等人于2022年发表在ACS Applied Polymer Materials (https://doi.org/10.1021/acsapm.2c01169)上。原文:Highly Stretchable and Sensitive Ti3C2Tx MXene/Sodium Alginate/ Acrylamide Hydrogel for Flexible Electronic Sensors。
转自《石墨烯研究》公众号