福建农林大学CEJ：多功能传感和湿气发电的MXene纳米复合双网络水凝胶

一、文章概述

人造皮肤，柔性传感器和软机器人的快速发展提出了对导电水凝胶的更多要求，导电水凝胶应具有更多的功能。然而，开发结合多功能传感和自供电特性的集成导电水凝胶仍然是一个巨大的挑战。本文通过一种简便的制造工艺开发了一种MXene-纤维素纳米晶体（CNC）-罗望子胶（TG）-聚丙烯酰胺（PAM）离子导电水凝胶。（1）通过使用具有离子交联网络的TG和具有UV光引发交联网络的PAM，组装了复合水凝胶中独特的双网络结构，这赋予了该水凝胶韧性（38.8KJ/m2）和高拉伸性（2000％应变）。（2）由于引入了MXene和自由离子，水凝胶还具有很高的灵敏度（规格系数=5.23，248％应变），因此对压力、应变、湿度和温度表现出多功能传感特性。更重要的是，水凝胶是自供电的，可以在很短的时间内（18s）从湿气中产生高达164 mV的开路电压。该水凝胶不仅在人造皮肤、柔性传感器和软机器人中显示出巨大的潜在应用，而且还为下一代人工智能的发展做出了贡献。

二、图文导读

图1.（a）MCTP水凝胶的制备过程示意图。

（b）说明CNC与MXene之间可能的相互作用。

（c）说明了MCTP水凝胶中双网的形成。

（d）（i）CNCs、（ii）MXene片和（iii）MXene-CNC纳米复合材料的SEM图像。

（e）（i）CTP、（ii）MCTP水凝胶横截面的SEM图像以及MCTP水凝胶中钛元素的（iii）映射图像。

图2.MCTP水凝胶的机械性能。

（a）拉伸下的MCTP水凝胶的照片。

（b）拉伸前后MCTP水凝胶的照片。

（c）不同MXene含量的MCTP水凝胶的拉伸应力-应变曲线。

（d）1.6吨汽车碾压MCTP水凝胶的照片。

（e）将0.4吨的单轮压缩两次之前和之后的照片。

（f）压缩下的MCTP水凝胶的示意图。

图3.MCTP水凝胶基传感器的多种传感特性。

（a）基于MCTP水凝胶的传感器的配置。

（b-d）分别在其表面上分别放下10、20和50g重量的MCTP水凝胶基传感器的电阻变化。

（e-f）基于面部表情的MCTP水凝胶基传感器的电阻变化。

（g）插图说明了MCTP水凝胶的湿度和温度。

响应（h）湿度和（i）温度，MCTP水凝胶基传感器的电阻变化。

图4.（a）MCTP水凝胶基湿气发生器的配置。

（b）图解水分流的发电过程。

（c）MCTP水凝胶由湿气发电的机理示意图。

三、论文信息

Tough and super-stretchable conductive double network hydrogels with multiple sensations and moisture-electric generation

Chemical Engineering Journal (IF=10.652)

Pub Date : 2021-01-29

DOI: 10.1016/j.cej.2021.128726

Peng He; Runsheng Guo; Kui Hu; Kai Liu*; Shan Lin; Hui Wu; Liulian Huang; Lihui Chen; Yonghao Ni

College of Materials Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou City, Fujian Province 350002, China