對具有高靈敏度和耐用性的柔性應變傳感器的需求顯著增加。然而，傳統的傳感器在探測范圍和制造工藝方面受到限制。在這項工作中，提出了一種空間堆疊的方法來制作天然橡膠(NR)/Ti
3C
2T
x (MXene)/二氧化硅(SiO
2)薄膜，具有優異的電導率，靈敏度和可靠性。在NR/MXene復合材料中引入SiO
2后，形成了“島鏈結構”，促進了導電通路的形成，顯著提高了復合材料的導電性。其中，NR/MXene/10 wt%SiO
2復合材料的導電性能比NR/MXene復合材料單獨的導電性能提高了約200倍(從0.07 S/m提高到13.4 S/m)。此外，“島鏈結構”進一步增強了NR/MXene/10 wt%SiO
2復合材料的傳感性能，表現為優異的靈敏度(GF = 189.2)、快速的響應時間(102 ms)和超過10,000個循環的良好重復性。該裝置具有良好的機械傳感性能，能夠準確地檢測人體生理信號。具體來說，該設備是一個應變檢測器，通過監測手指、手臂和大腿的運動來識別不同的應變信號。該研究為具有優異導電性、柔韌性和穩定性的復合材料制造提供了關鍵見解，而這些是創建高性能柔性傳感器的基本特性。
圖1. NR/MXene/SiO
2薄膜的制備工藝示意圖。
圖2. (a) FT-IR曲線，(b)納米復合物的XPS光譜，(c)納米復合物的c 1s光譜，(d) NM
2Si
10的截面SEM圖像和(e) NM
2Si
10相應的Ti, C, Si, O元素分布。
圖3. (a)納米復合材料的電導率，(b) MXene基彈性體電導率的比較，(c)納米復合材料的相對力學性能，(d) NM
2Si
10復合材料的拉伸恢復曲線，(e)不同應變下薄膜的電阻變化，(f)不同拉伸速度下薄膜的電阻變化。
圖4. (a) NM
2、(b) NM
2Si
10、(c) NM
2Si
20、(d) NM
2Si
50的截面SEM圖像。(a1)-(d2) NR/MXene/ SiO
2復合材料中MXene網絡在應變下的斷裂示意圖。
圖5. (a) NR/MXene/SiO
2薄膜的電阻變化，(b)應變傳感器循環電阻在不同應變下的變化，(c) NR/MXene/SiO
2薄膜的拉伸/恢復響應，(d) 25%應變下的輸入張力波和傳感響應，(e)和(f) 25%應變下NR/MXene/SiO
2薄膜的循環穩定性。
圖6 應變傳感器性能檢測(a)頸部彎曲，(b)張口，(c)手腕彎曲，(d)手指彎曲，(e)肘部彎曲和(f)腿部彎曲。
相關科研成果由陜西理工大學材料科學與工程學院Zhong-Guo Zhao等人于2023年發表在Journal of Colloid And Interface Science（https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.07.093.）上。原文：Flexible Silica/MXene/Natural rubber flm strain sensors with island chain structure for Healthcare monitoring.
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0021979723013425。
轉自《石墨烯研究》公眾號
