黄维院士团队：3D打印智能器件MXenes水凝胶传感器的内在动力学特性！

来源: 崛步化学


水凝胶在柔性传感器领域得到了广泛的研究，并已应用于可穿戴电子产品中。然而，由于传感机制的模糊性，水凝胶的进一步应用受到了限制，基于水凝胶的柔性传感系统在成本、集成难度和器件制造等方面的多功能化仍然是一个挑战，阻碍了具体的应用场景。

西北工业大学、南京工业大学黄维院士和中国科学技术大学、南京工业大学朱纪欣教授 研制了一种高性价比、结构专业化、场景适用的直接墨水书写(DIW)和溶剂置换3D打印技术，制备了具有良好应变和温度传感性能的二维(2D)过渡金属碳化物(MXenes)粘合聚氨酯/聚乙烯醇水凝胶传感器。在较宽的工作范围(0~80℃)内，可以实现5.7(0~191%应变)的GF和高温灵敏度(-5.27%℃-1)。相关研究工作以“ Approaching intrinsic dynamics of MXenes hybrid hydrogel for 3D printed multimodal intelligent devices with ultrahigh superelasticity and temperature sensitivity ”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。

研究要点
要点1.作者通过研究各组分对机械强度的影响以及MXenes对应变传感性能的影响，确定了MXenes和甘油的最佳加载量。

要点2.通过打印具有不同结构的特殊图案的水凝胶，获得了不同的应变灵敏度，对其详细的应变和温度传感分析，水凝胶传感器具有优良的传感性能。

要点3.采用有限元分析方法对拉伸过程中的力学行为和应变传感机理进行了深入研究。首次采用原位温度依赖拉曼技术揭示了水凝胶传感器热致隧道效应的温度响应机理。

由于灵敏度高、工作范围宽，该传感器不仅可用于基于应变响应的人体运动识别，还可用于实现形状记忆太阳能阵列铰链在航天领域的精确温度指示。

研究图文

图1. MXenes与水凝胶的合成。


图2. 材料的形态和结构。


图3. 印刷水凝胶的应变传感性能。


图4. 打印传感器的温度响应。


图5. 温度监控系统的建设与运行。