最近，基于 MXene 的可穿戴水凝胶因其类似组织的柔软性和独特的电气和机械性能而成为表皮传感器的有前途的候选者。然而，实现具有可靠传感性能和延长使用寿命的基于 MXene 的水凝胶仍然是一个挑战，因为 MXene 不可避免地在水凝胶的含水系统中氧化。在此，提出了儿茶酚功能化聚（乙烯醇）（PVA-CA）基水凝胶来抑制 MXene 的氧化，从而导致快速自愈和优异的应变传感行为。疏水儿茶酚基团与 MXene 表面的充分相互作用减少了 MXene 中与水反应的氧化可及位点，并最终抑制了 MXene 在水凝胶中的氧化。此外，PVA-CA-MXene 水凝胶被证明可用作实时运动监测的应变传感器，例如检测细微的人体运动和笔迹。PVA-CA-MXene 水凝胶传感器的信号可以使用深度学习模型进行准确分类。

 
Fig 1. a) PVA-CA的合成过程。b) 邻苯二酚浓度分别为 3、7.5、15 和 20 wt.% 的合成 PVA-CA 聚合物的数码照片。c) 显示添加硼酸盐后 PVA-CA 聚合物溶液凝胶化的数码照片。

 
Fig 2. a) SEM 和 b) Ti3C2Tx MXene 的 TEM 图像；b) 中的插图是 MXene 纳米片的 SAED 图案。c) Ti3AlC2 MAX 和 Ti3C2Tx MXene 的 XRD 光谱。d) Ti3C2Tx MXene的 AFM 图像和 AFM 图像中显示的所选线的高度剖面。e) Ti 2p 和 f) O 1s 区域中Ti3C2Tx MXene的 XPS 光谱。

 
Fig 3. a） PVA-CA/MXene水凝胶制备示意图。b） MXene和PVA-CA/MXene的C1s XPS光谱。c） PVA-CA/MXene水凝胶在冷冻干燥过程之前（上图）和之后（下图）的数码照片。d、 e）冻干PVA-CA/MXene水凝胶的FESEM图像。

   
Fig 4.a）PVA/MXene和b）PVA-CA/MXene在室温下储存30天后的TEM图像。c）PVA/MXene和d）PVA-CA/MXene溶液在室温下储存60天期间的UV-vis吸收光谱。e） 数码照片显示了原始MXene、PVA/MXene和PVA-CA/MXene溶液与H2O2反应5天的过程。数字图像显示了f）水和g）H2O2对PVA/MXene和PVA-CA/MXene水凝胶的相互作用效果。

   
Fig 5. a) 显示 PVA-CA-MXene 水凝胶自我修复特性的数码照片。b）通过使用 PVA-CA-MXene 水凝胶作为电池（18 V）和 LED 指示灯之间的连接器进行自愈能力测试。c) 水凝胶在几个分叉和自愈循环中的实时阻力，以及 d) 愈合过程的时间演化。e) 示意图描绘了 PVA-CA-MXene 水凝胶电极的拉伸测试。f) 显示 PVA-CA-MXene 水凝胶电极进行拉伸测试的照片。g）PVA-MXene 和 PVA-CA-MXene 水凝胶分别在 200% 和 50-200% 应变下的相对电阻变化。h) PVA-CA-MXene 水凝胶在 50%–400% 应变下的相对电阻变化。i) PVA-CA-MXene 水凝胶在 150% 应变下的耐久性。

     
Fig 6. a）附着在手指上用于监测弯曲运动的 PVA-CA-MXene 水凝胶传感器的照片。b) 手指缓慢和 c) 快速弯曲到不同角度期间传感器电阻的相对变化。d) 监测发音“MXene”和“Hydrogel”动作过程中的喉部振动。e) 传感器电阻响应写在其表面的 K、N、U 和 T 字母的变化。f) 当两个不同的人在其表面上写下“MXENE”一词时，水凝胶传感器信号模式的变化。
 
        相关研究工作由仁荷大学Soo-Jin Park课题组于2023年在线发表于《Advanced Functional Materials》期刊上，原文：Highly Oxidation-Resistant and Self-Healable MXene-Based Hydrogels for Wearable Strain Sensor。

转自《石墨烯研究》公众号