Nano Energy ｜MXene/rGO/PS多物理网络结构用作高性能压力传感器

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研究摘要

可穿戴电子传感设备具有广泛的应用，从普通的智能手表到医疗器械中的生理监测模块。由于对高性能设备的需求和材料科学的蓬勃发展，几种类型的压力传感器，如电容式、压电式和压阻式压力传感器，已经从实验室到我们的现代日常使用进行了研究和商业化。在这些类型中，压阻式传感器（基于压阻效应）占据了很大的市场，因为它们能够通过简单的读出系统将外部压力转换为电阻信号。纳米材料具有较大的比表面积和优异的表面特性，成为传感器的潜在候选者。将纳米材料附着在各种基材上形成微结构和构建纳米材料微结构是两个典型的应用方向。如何在传感器的稳定性和灵敏度之间取得平衡是重要研究课题。

成果简介

近日，华中科技大学武汉光电国家研究中心李露颖教授团队提出了一种将气凝胶结构引入微小海绵网络的策略，这大大缓解了不可逆的变形，提高了长周期稳定性。通过静电自组装，冷冻干燥和退火获得由三重形态网络（MXene / rGO气凝胶，PS球和海绵）组成的压阻海绵（MGP海绵）。通过将易碎的MXene/rGO气凝胶填充到海绵中，传感器可以保持超过90%的初始灵敏度（224 kPa−1） 在 15，000 次循环后。它具有响应时间快（63 ms），感应弯曲程度等优点。MGP海绵的工作机制通过原位FIB-SEM和第一性原理计算揭示。MGP海绵传感器在各种应用中表现出色，例如监控人类活动，区分2D阵列上的重量，控制LED标志的亮度，感应操纵器手指运动等。

该成果在线发表于国际顶级期刊Nano Energy上，题目为：MXene/rGO/PS spheres multiple physical networks as high-performance pressure sensor。

图文导读

总结

总之，MGP海绵传感器是通过一系列简单的浸涂，冷冻干燥，碳化和简单组装程序获得的。通过将MXene/rGO气凝胶引入弹性PU海绵结构中，大大提高了传感器的工作稳定性，大大缓解了气凝胶结构不可逆变形的问题。此外，由于导电通路的增加，PS球的引入有助于提高MGP海绵的灵敏度。MGP海绵的新闻发布过程通过原位FIB-SEM系统清晰地揭示，并利用组件的相应型号来解释MGP海绵传感器的工作机制。在实践中，MGP海绵传感器的性能测试表明，它确实在高灵敏度（115 kPa−1）之间取得了平衡和多次压缩释放循环中的稳定性（在大约15，000次循环后，它保持其初始值的90%以上）。除此之外，MGP海绵传感器具有快速响应和恢复时间（分别为63 ms和40 ms），它还可适应频率变化的力，灵活感测弯曲范围和超轻重量等。