柔性傳感器需要良好的拉伸性能、柔韌性和足夠的靈敏度來(lái)監(jiān)測(cè)和傳輸運(yùn)動(dòng)中的微妙應(yīng)變變化。本文通過(guò)將丙烯酰胺(AM)、Ti3C2Tx MXene納米片和海藻酸鈉(SA)聚合，合成了MXene-海藻酸鈉-丙烯酰胺(MSA)復(fù)合水凝膠。掃描電鏡、能譜和元素映射顯示Ti3C2Tx MXene納米片在復(fù)合水凝膠體系中均勻分散。傅里葉變換紅外光譜和差示掃描量熱分析驗(yàn)證了Ti3C2Tx MXene納米片和SA - AM聚合物之間的強(qiáng)氫鍵作用。制備的M20S2.5A水凝膠的極限拉伸應(yīng)變?yōu)?350%，斷裂能高達(dá)359.51 J m
-2，在循環(huán)加卸載實(shí)驗(yàn)中具有顯著的滯后，表明其具有良好的能量耗散性能。M20S2.5A水凝膠的電導(dǎo)率隨拉伸距離呈良好的線性響應(yīng)(1300 ~ 3500%)，響應(yīng)時(shí)間快，為0.27 s。同時(shí)，MSA水凝膠具有較高的靈敏度(GF = 2.31)。這些優(yōu)點(diǎn)使其能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)人體的吞咽、手指彎曲、膝關(guān)節(jié)屈伸等隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。本研究顯示了MSA水凝膠在柔性可穿戴設(shè)備中的巨大潛力。
圖1 Ti
3C
2T
x MXene (a)和MSA水凝膠(b)的制備示意圖。
圖2. Ti
3AlC
2的SEM圖(A)和LiF/HCl蝕刻后的SEM圖(B)， Ti
3AlC
2和Ti
3C
2T
x的XRD圖(C)， Ti
3C
2T
x的SEM圖(D)， TEM圖(E)和AFM圖(F)， Ti
3C
2T
x的Ti元素(G)， C元素(H)和Al元素(I)的EDS元素圖信息。
圖3 水凝膠的顯微形貌圖。
圖4. Ti3C2Tx MXene與三種水凝膠(A)的FTIR光譜。三種水凝膠的TGA (B)、DTG (C)、DSC (D)曲線和三種水凝膠的存儲(chǔ)模量(E)、損耗模量(F)曲線。
圖5。水凝膠的力學(xué)性能。
圖6. 不同條件下的加載-卸載試驗(yàn)。
圖7 M20S2.5A水凝膠電流響應(yīng)曲線。
圖8. M
20S
2.5A柔性傳感器示意圖(A). M
20S
2.5A柔性傳感器的響應(yīng)時(shí)間(B). M
20S
2.5A柔性傳感器在不同彎曲半徑下的電流時(shí)間曲線(C). M
20S
2.5A柔性傳感器在不同頻率下的電流時(shí)間曲線(D)。
圖9 M
20S
2.5A柔性傳感器對(duì)人體各種動(dòng)作的電流響應(yīng)曲線。
相關(guān)科研成果由大連理工大學(xué)理學(xué)院Feng Tan等人于2022年發(fā)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。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
