可穿戴式人机交互（HMI）是一种先进的技术，可以实现数据交换和信息交互，被广泛应用于智慧医疗、人工智能等领域。作为可穿戴HMI电子产品的核心部件，柔性传感器需要智能、准确、协作和多功能的反馈控制。在这，多功能 MXene/聚丙烯酸 (PAA) 水凝胶是通过自由基聚合制备的。作为一种柔性应变传感器，它具有高灵敏度（应变系数≈4.94）、宽检测范围（0-1081%）和500个循环的稳定信号输出。它还可以实时监控人体运动和操作机械手，在可穿戴人工智能和HMI方面展现出巨大潜力。此外，MXene/PAA 水凝胶在近红外辐射下表现出光热转换性能和可控的表面温度调节能力（RT≈67℃）。这项工作通过将柔性传感器与个人热管理系统集成，为开发协作式多功能可穿戴 HMI 电子产品提供了新思路。
 
Figure 1. MXene/PAA 水凝胶的设计和表征。 a) 合成路线示意图和 b) MXene/PAA 水凝胶的 SEM 图像。 c) XRD 图和 d) MXene 纳米片、PAA 水凝胶和 MXene/PAA 水凝胶的 FT-IR 光谱。  
 
Figure 2. 水凝胶的性能研究。不同状态下柔性 MXene/PAA 水凝胶的照片。原始状态、扭曲状态、压缩状态和拉伸状态 a)、打结后拉伸 b)、承受剪刀的锐利压力 c)、举起 200 克重物 d)、可塑性 e)。具有不同MXene质量比的MXene/PAA水凝胶的应力-应变曲线f)和电导率g)。 h) 不同 MXene/PAA 水凝胶状态（即原始、切割和愈合）下 LED 亮度变化的照片以及相应的电路图示意图。 i) MXene/PAA水凝胶自修复前后的电流变化曲线。
 
Figure 3. MXene/PAA 水凝胶的性能分析。 a) 照片说明了对不同表面的粘附性。 b) 对各种基材的粘合强度。 c) 用 TCP 和 MXene/PAA 水凝胶培养的细胞的细胞活力。 d) 颈部和手指接触 MXene/PAA 水凝胶 60 分钟前后的红外热图像。
    
Figure 4. MXene/PAA 水凝胶的光热转换性能。 a) PAA 水凝胶和 MXene/PAA 水凝胶的紫外-可见-近红外光谱。 b）MXene/PAA水凝胶在不同功率密度的NIR照射下的温度-时间曲线和NIR图像。 c）MXene/PAA水凝胶的光热转化机制。 d) MXene/PAA 水凝胶在 300 mW cm⁻² 下 5 个开/关循环的循环稳定性。 e) 不同功率密度下的电流响应。 f) 手上水凝胶在照射前后的照片和红外热图像。
 
Figure 5. MXene/PAA水凝胶的传感性能。 a) MXene/PAA 水凝胶和 PAA水凝胶的相对电阻-拉伸应变曲线。 b) MXene/PAA 水凝胶与文献中发表的其他水凝胶材料之间拉伸 GF 的比较。 c) 不同应变下的相对电阻变化（即 30%、60% 和 90%）。 (d) 应变为 30% 时，染色传感器在 5000 秒内的相对电阻稳定性。 MXene/PAA 水凝胶传感器的应用。实时记录眉毛e)、嘴巴f)、喉咙g)、手指h)、肘部i)各种人体活动产生的相对电阻变化。
     Figure 6. MXene/PAA 水凝胶在可穿戴 HMI 电子产品中的应用。 a) MXene/PAA 应变传感器的电子电路在手指运动检测中的应用。 b) 机械手即时控制过程示意图。 c) MXene/PAA 水凝胶传感器实时控制机械手的照片。 d) 可穿戴 HMI 电子设备的潜在应用示意图。
 
        相关研究工作由南京邮电大学Weiwei Zhao, Ning Liu and Qiang Zhao课题组于2023年联合发表在《Adv. Mater. Technol》期刊上，原文： Stretchable and Photothermal MXene/PAA Hydrogel in Strain Sensor for Wearable Human-Machine Interaction Electronics。

转自《石墨烯研究》公众号