吉大/半导体所AFM：高性能电子皮肤的MXene复合电极和活性层

一、文章概述

MXene是一类新兴的2D过渡金属碳化物和氮化物。由于它们出色的导电性，机械柔韧性和水分散性，它们已被广泛用于柔性电子产品。吉林大学Wei Han和中国科学院半导体研究所Guozhen Shen、Lili Wang老师研究团队实现了MXene材料在电子皮肤中的电极和活性层应用。（1）通过利用真空过滤技术，将少层MXene电极集成到3D聚丙烯腈（PAN）网络的顶面和底面，以形成稳定的电子皮肤。带有MXene电极的柔性器件的性能优于其他电极，并且具有出色的器件性能，具有104.0 kPa^-1的高灵敏度，30/20 ms的快速响应/恢复时间和1.5 Pa的低检测限。（2）此外，电极和构造好的基于MXene/PAN的柔性压力传感器均表现出强大的机械稳定性，可以承受240次弯曲循环。这样的坚固，灵活的设备可以像拼图游戏或折纸一样放大或折叠，并可以从2D转换为3D结构。（3）此外，它可以检测到人体肌肉的微小运动，例如与声音产生相对应的运动以及手指弯曲期间的剧烈运动。

二、图文导读

设备制造。

a）带MXene电极和基于MXene/PAN的柔性压力传感器的工作机制和制造过程。

b）具有MXene电极的MXene/PAN薄膜的光学图像及其机械柔韧性和强度。

c）具有夹层结构的柔性压力传感器的SEM图像。

MXene/PAN薄膜柔性传感器的传感特性。

a）在4 kPa下，带有不同电极的柔性传感器的压敏响应。

b）在0.2至7.7 kPa的施加压力下，基于MXene/PAN薄膜的传感器的电流变化。

c）相应的动态响应/恢复行为。

d）柔性传感器的响应和恢复时间。

e）传感器在0.2至7.7 kPa压力下的超高线性灵敏度。

f）基于MXene的柔性压力传感器的压敏性能。

g）在0.2 kPa的10000次循环测试后，柔性传感器的耐久性能。

实时检测人类的生理活动。

a）柔性压力传感器在不同弯曲角度下的动态响应曲线。

b）在≈15°的弯曲角度下，经过240个循环的弯曲响应。

c）人类生理活动的例证。

d）在不同的声音刺激下，例如“纤维”，“薄膜”和“传感器”，MXene/PAN柔性传感器的相对电流变化。

e）手指压在压力传感器上时的响应曲线。

f）连续检测手指弯曲训练的附着在手指上的压力传感器的传感性能。

g）对手腕脉搏监测的反应。

h）脉搏的放大波形。

基于MXene/PAN的柔性压力传感器的应用和显示。

a，b，d）这些图像描述了折叠纸上集成的六通道压力传感器的设计。

在连续装载和卸载过程中，实时监测c）单个设备和e）集成折叠设备的电阻变化。

f）在连续的装卸循环下，集成折叠设备的可重复性性能。

实时记录g）手腕和h）肘部弯曲释放运动的阻力变化。

i）MXene/PAN传感器和LED的电路图。

j）LED的亮度响应随MXene/PAN柔性传感器上的不同施加压力而变化。

三、论文信息

Controlled Assembly of MXene Nanosheets as an Electrode and Active Layer for High‐Performance Electronic Skin

Advanced Functional Materials (IF=16.836)

Pub Date : 2021-02-22

DOI: 10.1002/adfm.202010533

Xiyao Fu; Lili Wang*; Lianjia Zhao; Zeyu Yuan; Yupu Zhang; Dongyi Wang; Depeng Wang; Junzhi Li; Dongdong Li; Valerii Shulga; Guozhen Shen*; Wei Han*

Sino-Russian International Joint Laboratory for Clean Energy and Energy Conversion Technology, College of Physics & International Center of Future Science, Jilin University, Changchun, 130012 P. R. China