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中國科學院Ranran Wang課題組--Ti3C2Tx MXene-石墨烯復合膜用于高靈敏度和大范圍線性響應的可穿戴應變傳感器
        目前迫切需要具有高靈敏度和大范圍線性響應的應變傳感器。在本文中,我們介紹了自發形成的Ti3C2Tx/石墨烯/PDMS分層結構,拉伸后可分為兩層:Ti3C2Tx為主的脆性上層和柔性石墨烯/PDMS復合底層。通過上層和下層的協同運動破壞和維持導電路徑之間的平衡,確保了傳感器在寬應變范圍內具有較高且穩定的應變系數(例如,應變范圍為0–52.6%和52.6–74.1%時應變系數為190.8和1148.2)。基于Ti3C2Tx/石墨烯/PDMS分層結構的應變傳感器還具有低檢測限(~0.025%)、高線性度(R2> 0.98)、高循環穩定性(超過5000個循環)和對全方位人體運動的準確監控。瑜伽中不同的呼吸模式得到了區分,以證明該傳感器的實用性。
 
Figure 1. a)Ti3C2Tx/石墨烯應變傳感器的制造示意圖;b)多層石墨烯和c)Ti3C2Tx的TEM圖像;d)多層石墨烯和e)Ti3C2Tx膜的俯視SEM圖像。

 
Figure 2. a)Ti3C2Tx/G0.1、b)Ti3C2Tx/G 0.25、c)Ti3C2Tx/G 0.5、d)Ti3C2Tx/G 0.67的俯視SEM圖像;Ti3C2Tx/G 0.5薄膜通過膠帶刮下e)一層和f)兩層的頂視圖SEM圖;g)完整的Ti3C2Tx/G 0.5膜的元素映射;從h)一層和i)兩層膠帶上刮下的Ti3C2Tx/G0.5膜的元素映射。
 

Figure 3. 基于Ti3C2Tx/石墨烯/PDMS應變傳感器的應變傳感特性:a)基于Ti3C2Tx/G0.5/PDMS應變傳感器的相對電阻變化-應變曲線;b)基于Ti3C2Tx/石墨烯/PDMS應變傳感器的相對電阻變化-應變曲線;c)(b)中曲線在0-10%應變范圍內的再現;d)應變傳感器在0.025%-10%的逐步增加應變下的電流信號;e)應變為1%時的實時電流-時間曲線;f)在10%應變下,應變傳感器在各種頻率下的電流變化;g)40%應變下的循環耐久性測試;h)在40%應變下特定拉伸/釋放循環的相對電阻-應變曲線
 

Figure 4. 基于Ti3C2Tx/石墨烯/PDMS應變傳感器在初始拉伸/釋放周期中以各種應變拉伸的俯視SEM圖像:(a-c)0%、(d-f)10%、(g-i)30%、(j-l)70%,(m-o)0%。
  
 
Figure 5. a–f)當應變傳感器拉伸到70%時,Ti3C2Tx/G0.5/PDMS結構的EDS元素映射;g)在各種拉伸狀態下基于Ti3C2Tx/G0.5/PDMS結構應變傳感器的示意圖。

 
Figure 6. Ti3C2Tx/石墨烯應變傳感器的電流信號用于監控a)手指彎曲,插圖:手指彎曲到相應位置的數碼照片;b)開口和c)發聲;d)人體模型示意圖;記錄了在e)瑜伽中的呼吸模式下的電流信號;f)脈沖;g)慢步和跳躍。
 
        相關研究成果于2019年由中國科學院Ranran Wang課題組,發表在Nano Energy(https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104134)上。原文:Ti3C2Tx MXene-graphene composite films for wearable strain sensors featured with high sensitivity and large range of linear response。
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