ACSNano:自供电式手风琴状MXene/MOF衍生的CuO纳米混合氨传感器
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详细介绍

一、文章概述


自供电传感器在可穿戴设备和物联网领域至关重要。本文报道了一种基于乳胶和聚四氟乙烯的摩擦纳米发生器(TENG)驱动的手风琴状MXene/MOF的氧化铜(CuO)气体传感器,用于在室温下检测氨(NH3)。(1)、制备的TENG产生的开路电压和短路电流的峰峰值分别可以达到810V和34μA。TENG可以支持的最大峰值功率密度为10.84W/m2,并且可以点亮至少480个LED。(2)、此外,展示了在单电极工作模式下的柔性TENG可刺激人体运动,在可穿戴设备中具有巨大潜力。由TENG驱动的自供电NH3传感器在室温下具有出色的响应(Vg/Va=24.8@100ppm),并且在监测猪肉质量方面具有很大的潜力。(3)、通过SEM、TEM、EDS、XRD和XPS对MXene和CuO进行了表征,以分析材料的性能。大大提高了基于MXene/CuO的自供电传感器的NH3传感性能,并系统地探讨了增强传感性能的机理。



二、图文导读



图1.(a)由TENG驱动的自供电NH3传感器的示意图。

(b)TENG的工作机制。

(c)不同间距下TENG中电位分布的COMSOL模拟结果。



图2.(a)由TENG点亮由串联的221个LED组成的字母“UPC”和“TENG”。

(b)不同电容器的电压变化曲线。

(c)TENG为低功率计步器供电。

(d)弹性TENG的示意图。

(e)基于单电极工作模式的柔性TENG的工作机制。

(f)在不同的弯曲角度下柔性TENG的电压输出。

柔性TENG在人体各个部位的运动检测应用:(g)脚、(h)肘和(i)胃。


图3.(a)暴露于各种NH3气体浓度下的MXene/CuO传感器的动态电阻变化。

(b)MXene,CuO和MXene/CuO制备的三种类型传感器的响应。

(c)MXene和CuO的复合结构。

(d)CuO的NH3响应机制。

(e)具有不同官能团的MXene结构的示意图。

(f)MXene可能的NH3感应机制的示意图。



图4.由TENG驱动的(a)MXene、(b)CuO和(c)MXene/CuO薄膜传感器的输出电压,该传感器暴露在宽的NH3浓度范围内(0-100ppm)。

(d)三个准备好的传感器的响应浓度拟合曲线。

(e)MXene/CuO复合传感器在空气中和在100ppm NH3下交替重复三个循环。

(f)自供电MXene/CuO传感器的响应和恢复时间。

(g)自供电MXene/CuO传感器的选择性。

(h)自供电MXene/CuO传感器的长期稳定性。

(i)在室温下不同储存时间的20克猪肉释放的NH3浓度的测量结果。



三、论文信息


Multifunctional Latex/Polytetrafluoroethylene-Based Triboelectric Nanogenerator for Self-Powered Organ-like MXene/Metal–Organic Framework-Derived CuO Nanohybrid Ammonia Sensor

ACS Nano (IF=14.588)

Pub Date : 2021-02-07

DOI: 10.1021/acsnano.0c09015

Dongyue Wang; Dongzhi Zhang; Yan Yang; Qian Mi; Jianhua Zhang; Liandong Yu

通讯单位:中国石油大学(华东)控制科学与工程学院,青岛266580


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