黃維院士團隊：3D打印智能器件MXenes水凝膠傳感器的內(nèi)在動力學特性！

來源: 崛步化學


水凝膠在柔性傳感器領(lǐng)域得到了廣泛的研究，并已應(yīng)用于可穿戴電子產(chǎn)品中。然而，由于傳感機制的模糊性，水凝膠的進一步應(yīng)用受到了限制，基于水凝膠的柔性傳感系統(tǒng)在成本、集成難度和器件制造等方面的多功能化仍然是一個挑戰(zhàn)，阻礙了具體的應(yīng)用場景。

西北工業(yè)大學、南京工業(yè)大學黃維院士和中國科學技術(shù)大學、南京工業(yè)大學朱紀欣教授 研制了一種高性價比、結(jié)構(gòu)專業(yè)化、場景適用的直接墨水書寫(DIW)和溶劑置換3D打印技術(shù)，制備了具有良好應(yīng)變和溫度傳感性能的二維(2D)過渡金屬碳化物(MXenes)粘合聚氨酯/聚乙烯醇水凝膠傳感器。在較寬的工作范圍(0~80℃)內(nèi)，可以實現(xiàn)5.7(0~191%應(yīng)變)的GF和高溫靈敏度(-5.27%℃-1)。相關(guān)研究工作以“ Approaching intrinsic dynamics of MXenes hybrid hydrogel for 3D printed multimodal intelligent devices with ultrahigh superelasticity and temperature sensitivity ”為題發(fā)表在國際著名期刊Nature Communications上。

研究要點
要點1.作者通過研究各組分對機械強度的影響以及MXenes對應(yīng)變傳感性能的影響，確定了MXenes和甘油的最佳加載量。

要點2.通過打印具有不同結(jié)構(gòu)的特殊圖案的水凝膠，獲得了不同的應(yīng)變靈敏度，對其詳細的應(yīng)變和溫度傳感分析，水凝膠傳感器具有優(yōu)良的傳感性能。

要點3.采用有限元分析方法對拉伸過程中的力學行為和應(yīng)變傳感機理進行了深入研究。首次采用原位溫度依賴拉曼技術(shù)揭示了水凝膠傳感器熱致隧道效應(yīng)的溫度響應(yīng)機理。

由于靈敏度高、工作范圍寬，該傳感器不僅可用于基于應(yīng)變響應(yīng)的人體運動識別，還可用于實現(xiàn)形狀記憶太陽能陣列鉸鏈在航天領(lǐng)域的精確溫度指示。

研究圖文

圖1. MXenes與水凝膠的合成。


圖2. 材料的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。


圖3. 印刷水凝膠的應(yīng)變傳感性能。


圖4. 打印傳感器的溫度響應(yīng)。


圖5. 溫度監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)與運行。