ACS AMI：MXene/PDMS超分子弹性体用于可穿戴传感器

在过去的几十年里，柔性传感器被广泛应用于医疗监测、机器人、人机交互等领域。然而，在使用过程中，传感器不可避免地会受到机械损伤，导致表面出现裂纹、划伤甚至断开。这些结构损伤可能导致传感器失去其正常的功能。因此，开发自愈合柔性可穿戴传感器对保持其稳定性和功能具有重要意义。

近期，青岛科技大学的刘月涛教授在国际知名学术期刊ACS Applied Materials & Interfaces上发表一篇题目为：Self-Healing Ti₃C₂ MXene/PDMS Supramolecular Elastomers Based on Small Biomolecules Modification for Wearable Sensors的研究论文，报道了一种基于生物分子间相互作用的自愈合Ti₃C₂MXene/PDMS超分子弹性体，具有优异的力学性能、稳定性和电灵敏度，并探索其在可穿戴传感器领域的应用价值。以百合科植物D-天冬酰胺为原料，通过羧基和羟基酯化修饰MXenes。同时，利用席夫碱反应将林草科植物中的3,4-二羟基苯甲醛通过亚胺键接枝到带氨基的PDMS大分子上。A-MXene/D-PDMS弹性体断裂后在氢键和亚胺键的作用下能在室温下自愈合。修复后，机械和电气性能几乎完全恢复。由于A-MXenes在聚合物体系中均匀分散，该复合材料具有良好的导电性和对应力状态变化的敏感性。即使是修复后的材料也能成功监测人体肌肉的大运动和细微运动。因此，基于生物分子修饰的自愈合导电复合材料可以作为一个可靠的平台，在运动监测和语音识别领域具有应用潜力。

图1. A-MXene/D-PDMS弹性体的主要制备工艺及A-MXene与D-PDMS之间的相互作用。

图2. 材料物理表征。

图3.断裂愈合前后机械性能表征。

图4.断裂愈合前后电气性能表征。

图5.断裂愈合前后人体活动监测。

综上所述，本研究基于生物分子间的相互作用，设计了一种自愈合的Ti₃C₂MXene/PDMS超分子弹性体。通过酯化改性MXenes，通过席夫碱反应接枝PDMS。A-MXenes和D-PDMS超分子可以与氢键相互作用结合。导电复合材料在室温下表现出良好的拉伸性能和自愈合能力。修复24h后，10wt % A-MXenes/D-PDMS的拉伸强度和电导率分别恢复到98.4和97.6%。导电复合材料对张力表现出线性和敏感的响应。此外，它还可以检测人体各种关节和肌肉的活动，在可穿戴传感设备中显示出巨大的潜力。此外，本文MXene/PDMS复合体系的创新制备方法对未来自愈合导电弹性体的设计具有重要的指导意义。

文献链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.0c13653.

信息来源:MXene Frontier

本信息源自互联网仅供学术交流 如有侵权请联系我们立即删除