隨著智能可穿戴設備的日益普及，柔性壓力傳感器在各種復雜的應用場景中被高度需求。現有柔性壓力傳感器面臨的一個巨大挑戰是在較寬的溫度范圍內保持較高的靈敏度，這對其在惡劣環境中的應用至關重要。本文報道了一種柔性壓阻傳感器，該傳感器由均勻覆蓋MXene納米片的聚醚酰亞胺(PEI)纖維網絡制成，用于構建導電通路，在- 5℃(80 kPa
−1)到150℃(20 kPa
−1)的寬溫度范圍內表現出超高的靈敏度，9 Pa的低檢測限，163 ms的快速響應時間，在室溫下超過10000次循環，在100℃下2000次循環和在-5℃下500次循環的優異耐久性。壓力傳感器可以實時監測人類的各種活動，適用于人機交互，測量壓力分布。它還能在150°C和極低溫度(液氮)下對外界機械刺激作出敏感反應。此外，纖維網絡表現出優異的焦耳加熱性能，在施加電壓為12 V時可達到78℃。因此，壓阻傳感器在可穿戴服裝和惡劣溫度條件下的個人加熱應用方面具有相當大的潛力。
圖1 a) MPP壓阻傳感器制備過程示意圖。b) Ti
3C
2T
x MXene納米片的SEM圖像和尺寸分布。c) MXene納米片的AFM圖像。d) MXene納米片的TEM圖像。e) Ti
3AlC
2 MAX和Ti
3C
2T
x MXene納米片的XRD圖案。f) MXene/PEI纖維網絡的SEM圖像g) PEI纖維網絡、Ti
3C
2T
x MXene和MXene/PEI纖維網絡的傅里葉變換紅外(FTIR)光譜。h) MXene/PEI纖維網絡三維結構圖。
圖2. MPP壓阻式傳感器的傳感機理。
圖3 MPP壓阻式傳感器的傳感性能。
圖4. MPP壓阻傳感器的應用。
圖5 。a) MPP壓阻傳感器連接到包含藍牙模塊的電路，將手指輕敲的信號無線傳輸到手機。b)將棋子放置在4×4 MPP壓阻傳感器像素陣列上，檢測相應的壓力分布。c) MPP壓阻傳感器對機器人運動的實時感知。d) LED的亮度響應隨MPP壓阻傳感器施加的不同壓力而變化。e)用于焦耳加熱的附著在皮膚表面的MXene/PEI纖維網絡示意圖。f)濃度為0.8 mg mL
−1的MXene/PEI纖維網絡在不同操作電壓下的溫度分布。g)濃度為0.8 mg mL
−1的MXene/PEI纖維網絡在電壓從0到12 V逐步升高時的紅外熱圖像。
相關科研成果由武漢理工大學材料科學與工程學院Xin Zhang等人于2022年發表在Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.202205303)上。原文：3D MXene-Based Flexible Network for High-Performance Pressure Sensor with a Wide Temperature Range。
轉自《石墨烯研究》公眾號
