伴隨大健康產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,以智能手環(huán)、可穿戴健康管理設(shè)備為代表的智能醫(yī)療類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。從滿(mǎn)足穿戴舒適度的角度出發(fā),柔性壓力傳感器具有人體貼合性好、柔韌性高和可變形的特性,能夠適應(yīng)人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)器件高變形能力和長(zhǎng)使用壽命的需求。MXene材料擁有超高的電導(dǎo)率和靈活可調(diào)的層間距,是適合開(kāi)發(fā)新一代柔性壓力傳感器的理想響應(yīng)材料之一。然而,MXene材料在水-氧雙重作用下易發(fā)生氧化,使得傳感器和皮膚/汗液長(zhǎng)期接觸過(guò)程中,器件靈敏度和可靠性不斷降低。
針對(duì)上述問(wèn)題,西安工程大學(xué)楊杰/王琛教授研究團(tuán)隊(duì)采用納米纖維素插層聯(lián)合表面疏水改性策略,將細(xì)菌纖維素(Bacterial Cellulose,BC)引入到Ti3C2Tx MXene層間,并賦予BC/Ti3C2Tx (HBT)復(fù)合膜優(yōu)異的耐水功能(圖1)。細(xì)菌纖維的插入促使MXene片層被有效分離,膜層內(nèi)部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化,賦予HBT壓力傳感器高的響應(yīng)靈敏度。同時(shí),HBT薄膜表面優(yōu)異的疏水性能可防止水分子的侵入,賦予傳感器良好的耐水防潮能力,有效解決了MXene可穿戴傳感器面臨的響應(yīng)性能降低問(wèn)題。所研制的傳感器可用于不同狀態(tài)下人體全范圍運(yùn)動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)、有效監(jiān)測(cè)。該研究以“Water-Tolerant MXene Epidermal Sensors with High Sensitivity and Reliability for Healthcare Monitoring”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊ACS Applied Materials & Interfaces上,西安工程大學(xué)校聘副教授楊杰博士為本文通訊兼第一作者,王琛教授為共同第一作者。
圖1 HTB復(fù)合傳感薄膜的制備過(guò)程示意圖
圖5 HTB柔性壓力傳感器響應(yīng)性能。(a)HBT壓力傳感器靈敏度曲線(xiàn);(b)傳感器在微小壓力小的實(shí)時(shí)電流變化,(c)傳感器檢測(cè)限、(d)響應(yīng)、恢復(fù)時(shí)間以及(e)循環(huán)穩(wěn)定性.
論文信息:
Jie Yang,* Chen Wang, Liyuan Liu, Hongli Zhang, Jianhua Ma. Water-Tolerant MXene Epidermal Sensors with High Sensitivity and Reliability for Healthcare Monitoring. ACS Applied Materials & Interfaces 2022.
https://doi.org/10.1021/acsami.2c03731
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