ACS AMI：用于智能穿戴的透气的MXene涂层压力传感织物

随着物联网的蓬勃发展，穿戴式传感器作为人机接口(HMIs)的重要组成部分，在人体健康、运动监测等诸多应用中引起了人们的极大关注。开发集成人机界面系统需要具有良好的耐磨性、灵敏度、灵活性和舒适性的传感器。压力传感器可以满足可穿戴HMIs的要求。但是，选择一种简单、可靠、适用于织物材料的压感机构是很重要的。一般有四种压力传感机构，包括压阻式、压电式、电容式和摩擦电式。压阻式传感器具有结构简单、检测范围广、灵敏度高的特点，适用于穿戴式HMIs。此外，通过将活化材料直接加载到织物上，可以很容易地制造出柔性压阻传感器。然而，对于用于HMIs的压阻式传感器，仍有一些问题需要解决。

近期，东华大学的侯成义副研究员在国际知名学术期刊ACS Applied Materials & Interfaces上发表一篇题目为：MXene-Coated Air-Permeable Pressure-Sensing Fabric for Smart Wear的研究论文，在这项工作中，将Ti₃C₂T_x MXene纳米片涂覆在15种不同的织物上，以阐明织物与MXene纳米片之间的相互作用机制。选择纯棉作为最具发展前景的柔性基底。值得注意的是，Ti₃C₂T_x与纯棉之间形成了强键，即使在水中超声波作用下，也能防止活性物质的脱离。因此，我们将具有良好清洁耐久性和渗透性(972.2 MMS^-1)的MXene涂层棉织物应用于可穿戴柔性压力传感器上，该传感器表现出高灵敏度(7.67 kPa^-1)、快速响应和松弛速度(35 ms)、良好的稳定性(2000循环)和宽感应范围(35%)。此外，本文还将准备好的压力传感器连接到个人电脑(PC)上的音乐播放器上，以进一步展示其作为HMI传感器的实际适用性。这种纳米涂层棉压敏织物为制造低成本的可穿戴压力传感器提供了新的途径。

图1. MXene在不同织物上的吸附性能。

图2. MXene涂覆棉织物的性能表征。

图3. MXene对棉织物表面改性前后的分析。

图4.MXene包覆棉压敏织物的压敏性能。

图5.MXene涂层棉HMI系统的概念验证。 

     综上所述，本文分别以纵横交织的棉织物和MXene为基材和活性材料，组装了一种柔性和可穿戴的压力传感器。由于棉纤维天然粗糙的表面和机织物的三维经纬结构，棉织物比其他织物更有利于MXene的物理吸附。此外,MXene包覆棉保持良好的透气性(972.2 MMS^-1)和透湿性(227.92 g m^-2)。当用作压力传感器时，MXene包覆棉感压织物显示高灵敏度(GF = 7.67 kPa^-1),快速响应和恢复的速度(<35 ms),和优秀的稳定性(>2000周期)。此外，该传感器在控制音乐播放器软件方面的成功应用显示了这种设备在人机界面系统中的重要前景。该装置制造工艺简单、高效、成本低。此外，整个过程是可扩展的，不需要复杂和昂贵的设备。本文的方法为低成本的压力传感器提供了一条新途径，这种传感器可以很容易地集成到未来的可穿戴电子产品中。

文献链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.0c11715.

信息来源：MXene Frontie